Advances in Applied Mathematics
Vol. 09  No. 03 ( 2020 ), Article ID: 34535 , 11 pages
10.12677/AAM.2020.93037

Infinitely Many Solutions to a Class of Quasilinear N-Laplacian Equations in N

Guixiang Du, Jing Li

College of Mathematics and Statistics, Linyi University, Linyi Shandong

Received: Feb. 25th, 2020; accepted: Mar. 9th, 2020; published: Mar. 16th, 2020

ABSTRACT

Under the assumption of the nonlinearity with critical exponential growth, we consider the existence of solutions to a class of quasilinear N-Laplacian equations in N . By symmetric mountain pass lemma and variational argument, the existence of solutions is established.

Keywords:Trudinger-Moser Inequality, Symmetric Mountain Pass Lemma, Critical Exponential Growth

N 上一类拟线性N-拉普拉斯方程的无穷解

杜桂香,李静

临沂大学数学与统计学院,山东 临沂

收稿日期:2020年2月25日;录用日期:2020年3月9日;发布日期:2020年3月16日

摘 要

本文主要研究 N 上一类拟线性N-拉普拉斯方程,在非线性项为临界指数增长的情况下,借助对称山路引理以及变分法得出多解的存在性。

关键词 :Trudinger-Moser不等式,山路引理,临界指数增长

Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言及主要结论

本文主要研究一类拟线性的N-拉普拉斯方程多解的存在性

Δ N u + V ( x ) | u | N 2 u Δ N ( | u | 2 α ) | u | 2 α 2 u = g ( x ) , x N , (1.1)

其中 Δ N u = d i v ( | u | N 2 u ) 为N-拉普拉斯算子,参数 α > 1 2 ,我们做如下假定

( V 1 ) 存在 V 0 > 0 使得在 N V ( x ) V 0 。此外 V ( x ) | x | ;或者更为一般化对每个 M > 0 meas ( { x R N : V ( x ) M } ) < 。“其中meas”为 N 上Lebesgue测度。

( F 1 ) 奇函数 g ( s ) C 1 ( ) g ( t ) > 0 t > 0 且存在 C 0 α 0 q > 0 使得

| g ( s ) | C 0 | s | q 1 [ exp ( α 0 | s | 2 α N N 1 ) S N 2 ( α 0 , s ) ] , s , (1.2)

其中

S N 2 ( α 0 , s ) = k = 0 N 2 α 0 k k ! | s | 2 α N N 1 , s . (1.3)

( F 2 ) 存在 q > N μ 0 > 0 使得

0 q G ( s ) s g ( s ) μ 0 | s | q exp ( α 0 | s | 2 α N N 1 ) (1.4)

其中 G ( s ) = 0 s g ( t ) d t ,在 函数上 s g ( s ) 递增且有 lim | s | G ( s ) s g ( s ) = 0

( F 3 ) 存在 μ 1 > 0 q > N 使得

G ( s ) μ 1 | s | q , s . (1.5)

在过去的几十年间大量的学者都在研究拟线性的Schrödinger方程,详情可参考文献 [1] [2]。在 [3] 中,作者利用约束极小化方法,得出拟线性的Schrödinger方程正基态解的存在性结论。在 [4] 中,运用变量替换把拟线性问题转化为半线问题,在Orlicz空间中借助山路引理得出解的存在性结论。在 [5] 中作者考虑了N = 2的情形,其中非线性项具有临界指数增长,即当 | s | 时形如 exp ( 4 π s 4 ) 1 ,运用 N 上Trudinger-Moser不等式结合山路定理得出解的存在性。特别的在 [4] [6] [7] 中,研究了具有参数 的方程正基态解

Δ u + V ( x ) u Δ ( | u | 2 α ) | u | 2 α 2 u = λ | u | p 1 u , x N (1.6)

其中 α > 1 2 λ > 0 2 < p + 1 < 4 α N N 2

据作者了解,关于方程(1.1)的多解存在性鲜有相关文献及结论,本文主要借助文献 [5] [8] 中的思路。由于拟线性项 Δ N ( | u | 2 α ) | u | 2 α 2 u 的存在,使得紧嵌入不再成立,因此我们需要考虑合适的工作空间也就需要更为细致的估测。

本文记 X = W 1 , n ( N ) 并且

E = { u W 1 , n ( N ) : N ( | u | N + V ( x ) | u | N ) d x < }

具备范数

u E = ( N ( | u | N + V ( x ) | u | N ) d x ) 1 N . (1.7)

主要结论如下

定理1.1:假设( V 1 )和( F 2 )~( F 3 )成立。则方程(1.1)在E中存在无穷多个解。

2. 使用须知

为了方便证明需要引入下列引理

引理2.1:(有界区域上的Trudinger-Moser不等式) [9] [10]。设 μ W 0 1 , N ( Ω ) , Ω N ( N 2 ) 。为一有界区域,则有

Ω e α | u | N N 1 d x < , α > 0

此外,存在 C = C ( N , | Ω | ) 使得

sup u W 0 1 , N Ω 1 Ω e α | u | N N 1 d x C , α α N ,

其中 α N = N ω N 1 1 N 1 > 0 ω N 1 ( N 1 ) -球体的 ( N 1 ) -维测度。

引理2.2:(无界区域上的Trudinger-Moser不等式) [5] [11]。设 μ W 0 1 , N ( R N ) , N 2 ,则有

N ( e α | u | N N 1 S N 2 ( α , u ) ) d x < , α > 0

此外,如果有 | u | N N 1 , | u | N M < α α N ,则存在正常数 C = C ( N , M , α ) 使得

N ( e α | u | N N 1 S N 2 ( α , u ) ) d x C ,

其中 S N 2 ( α , u ) = k = 0 N 2 α k k ! | u | N k N 1

与此同时,联合以上两个引理以及Holder不等式,假如 α , q > 0 那么

N | u | q ( e α | u | N N 1 S N 2 ( α , u ) ) d x < , u W 1 , N ( N ) (2.1)

更确切的,当 α M N N 1 < α N 时,如果有 u W 1 , N ( N ) M 成立,则存在 C = C ( α , q , N ) > 0 使得

N | u | q ( e α | u | N N 1 S N 2 ( α , u ) ) d x C u W 1 , N q ( N ) , (2.2)

其中 u W 1 , N ( N ) = ( N ( | u | N + | u | N ) d x ) 1 / N Sobolev空间 W 1 , N ( N ) 的范数。

引理2.3 [12]:设 u W 0 1 , N ( Ω ) L r ( Ω ) ,其中 r 1 , Ω N 为任意区域,那么对 q r 会有

u q c ( N , r ) q 1 1 / N u N 1 r q u r r q . (2.3)

q 1 1 / N 为最佳指数,特别的有,

c ( N , N ) = 1 π ( Γ ( N 2 ) Γ ( 2 N ) 2 Γ ( N ) 2 ) 1 / N d N . (2.4)

注2.1:由上面的引理可知,当 q N X L q ( N ) 为连续嵌入且有

u q d N q 1 1 / N u Y .

考察方程(1.1)所对应的能量泛函 I (u)

I ( u ) = 1 N N ( 1 + ( 2 α ) N 1 | u | ( 2 α 1 ) N ) | u | N d x + 1 N N V ( x ) | u | N d x N G ( u ) d x . (2.5)

需要指出的是 I ( u ) 在X中无法定义,为了克服这一困难需引入变量替换 [2] u = f ( v ) 或者 v = f 1 ( u ) ,其中f为

f ( t ) = ( 1 + ( 2 α ) N 1 | f ( t ) | ( 2 α 1 ) N ) 1 / N , t 0 , f ( 0 ) = 0 (2.6)

f ( t ) = f ( t ) , t ( , 0 ] .

引理2.4:函数 f ( t ) 满足

( f 1 ) f C 2 唯一确定且在 上可逆,

( f 2 ) 0 < f ( t ) 1 t N

( f 3 ) | f ( t ) | | t | t N

( f 4 ) 当 t 0 时, f ( t ) t 1

( f 5 ) | f ( t ) | ( 2 α ) 1 / 2 α N | t | 1 / 2 α , t N

( f 6 ) 1 2 f ( t ) α t f ( t ) α f ( t ) , t [ 0 , ) 以及 α f ( t ) α t f ( t ) 1 2 f ( t ) , t ( , 0 ]

( f 7 ) a ( 0 , ( 2 α ) 1 / 2 α N ) 使得 f ( t ) t 1 / 2 α a , t +

( f 8 ) b 0 > 0 使得

| f ( t ) | { b 0 | t | | t | 1 , b 0 | t | 1 / 2 α | t | 1.

通过变量替换后 I ( u ) 变为

J ( v ) I ( f ( v ) ) = 1 N N | v | N d x + 1 N N V ( x ) | f ( v ) | N d x N G ( f ( v ) ) d x (2.7)

易见在假设( F 1 )~( F 2 )的条件下, J ( v ) 在X上有定义。

v W 1 , N ( N ) L l o c ( N ) ( p > 1 ) 为泛函J的临界点,即对所有的 φ W 1 , N ( N ) J ( v ) φ = 0 其中

J ( v ) φ = R N | v | N 2 v φ d x + R N V ( x ) | f ( v ) | N 2 f ( v ) f ( v ) φ d x R N g ( f ( v ) ) f ( v ) φ d x

那么v方程

Δ N v = h ( v ) , x N , (2.8)

的解,其中 h ( s ) = V ( x ) | f ( s ) | N 2 f ( s ) f ( s ) + g ( f ( s ) ) f ( s ) s

由此可知 u = f ( v ) 为方程(1.1)的弱解。

引理2.5:假设( F 1 )和( F 2 )成立如果 { v n } E 为一PS序列,那么 { v n } 在E中有界。

证:不失一般性,对所有的 n 假设 v n 0 。令 φ n ( x ) = f ( v n ( x ) ) f ( v n ( x ) ) ,则由引理2.4可得

| φ n ( x ) | 2 α | v n ( x ) | , | φ n ( x ) | 2 | v n ( x ) | , φ n ( x ) E 2 α v n ( x ) E , n

由于 { v n } 为一PS序列,则 c > 0 使得

c J ( v n ) 1 q J ( v n ) v n ( 1 N 2 α q ) N | v n | N d x + ( 1 N 1 q ) N V ( x ) | f ( v ) | N d x + 1 q N [ g ( f ( v n ) ) f ( v n ) q G ( f ( v n ) ) ] d x ( 1 N 2 α q ) v n N N + ( 1 N 1 q ) N V ( x ) | f ( v ) | N d x (2.9)

q > 2 α N > N 可推出序列 { v n N } 以及 { N V ( x ) | f ( v n ) | N } 有界,亦如此,其中

A n N = N ( | v n | N + V ( x ) | f ( v n ) | N ) d x (2.10)

可得 { v n } W 1 , N ( N ) 中有界,接下来证明 { v n } L N ( N ) 中有界。因为

N | v n | N d x = v n 1 | v n | N d x + v n > 1 | v n | N d x (2.11)

注意由条件( F 2 ),可知 c > 0 使得 G ( s ) C s N | s | 1 ,因此有

v n > 1 | v n | N d x 1 C v n > 1 G ( f ( v n ) ) d x 1 C N G ( f ( v n ) ) d x

应用条件( f 7 ) | f ( s ) | C | s | ,对某些 C > 0 , s < 1 ,有

v n 1 | v n | N d x 1 C v n 1 | f ( v n ) | N d x 1 C N v n 1 | f ( v n ) | N d x

由此可得出 { v n } L N ( N ) 中有界,因此在E中有界。利用文献 [13] 类似的方法,可知 C 0 > 0 使得

N | v n | N + V ( x ) | f ( v n ) | N d x C 0 v n E N (2.12)

于是 { v n } 在E中有界,同样适用于 { v n } 的子序列仍记为 { v n } ,使得 v n E v E M 以及

v n v in E , v n v in L l o c q ( N ) , q [ N , + ) , v n ( x ) v ( x ) a . e . in N (2.13)

引理2.6:假设( V 1 )和( F 1 )~( F 3 )成立。如果序列 { v n } 满足(2.13)则

lim n R N g ( f ( v n ) ) f ( v n ) v n d x = R N g ( f ( v ) ) f ( v ) v d x (2.14)

证:由条件( F 1 )~( F 3 )对任意小的 ε > 0 S 0 > s 0 > 0 使得 | G ( s ) | ε | s | N , | s | s 0 以及 | G ( s ) | ε s g ( s ) , | s | S 0 说明

| G ( s ) | ε ( | s | N + s g ( s ) ) + χ [ s 0 , S 0 ] ( | s | ) | s g ( s ) | , s (2.15)

其中 χ A 记为可测子集 A R 的特征函数,这样对 n 可以得到

| g ( f ( v n ) ) f ( v n ) v n | | g ( f ( v n ) ) f ( v n ) | ε ( V | f ( v n ) | N + f ( v n ) g ( f ( v n ) ) ) + χ [ s 0 , S 0 ] ( | f ( v n ) | ) | f ( v n ) g ( f ( v n ) ) | ,

以及

B r c | g ( f ( v n ) ) f ( v n ) v n | ε | Q ( v n ) | + S 0 g ( S 0 ) A n B r c χ [ s 0 , S 0 ] ( | f ( v n ) | ) d x (2.16)

其中 A n = { x R N : s 0 | f ( v n ) | S 0 } 还有

Q ( v n ) = N ( V ( x ) | f ( v n ) | N + f ( v n ) g ( f ( v n ) ) ) d x

此外,

s 0 g ( s 0 ) | A n | N f ( v n ) g ( f ( v n ) ) d x M 1

说明 sup n N | A n | M 1 s 0 g ( s 0 ) = μ < , | A n | = meas ( A n ) 。由此可以断定对所有的 n N ,具有一致性。首先我们来证明

lim r | A n B r c | = 0 (2.17)

事实上,如果不成立,则 n 0 1 , δ > 0 , r j 使得

| A n 0 B r j c | δ , j N

不失一般性令 n 0 = 1 显然有 | A n 0 B r j c | | A 1 | μ , j N

Ω j = B r j c \ B r j + 1 c ¯ ,易见

B r j c = l = j Ω l , j N , Ω l Ω k = , l k

那么会有

| A 1 B r j c | = l = j | A 1 Ω l | δ , j N (2.18)

以及序列 l = j | A 1 Ω l | = ,产生矛盾。于是极限(2.17)证毕。

其次,说明极限(2.17)的一致性。实际上由(2.3)可知 v n , v L N ( R N ) R N v n ( x ) v ( x ) 几乎处处成立,因此对于任意小的 ϵ > 0 , r 0 1 使得对 r r 0

B r c | v | N d x ϵ (2.19)

对该 ϵ > 0 选择 t 1 = r 0 , t j 使得 D j = B t j c \ B t j + 1 c ¯ , B r 0 c = j = 1 D j

D j | v | N d x ϵ 2 j , j N (2.20)

由Fatou引理,可得对任意 j N ,会有

lim n sup D j A n | f ( v n ) | N d x D j lim n sup | f ( v n ) | N d x D j | f ( v ) | N d x ϵ 2 j (2.21)

于是

s 0 N lim n sup | A n B r 0 c | lim n lim n sup B r 0 c A n | f ( v n ) | N d x = lim n sup j = 1 D j A n | f ( v n ) | N d x j = 1 lim n sup D j A n | f ( v n ) | N d x j = 1 D j | f ( v n ) | N d x j = 1 ϵ 2 j = ϵ (2.22)

注意对 r r 0 , n ,可得 ( A n B r c ) ( A n B r 0 c ) ,即得 lim r | A n B r c | = 0 n N 具有一致性。

此外,由积分的决定连续性可知对 ϵ > 0 ,存在常数 0 < δ < ϵ \ S 0 g ( S 0 ) ϵ > 0 使得对 r r 0 meas ( A n B r c ) < δ 以及

A n B r c χ [ s 0 , S 0 ] ( | f ( v n ) | ) d x < ϵ S 0 g ( S 0 ) (2.23)

那么由(2.16)和(2.23)可推出

B r c | g ( f ( v n ) ) f ( v n ) v n | d x B r c | g ( f ( v n ) ) f ( v n ) | d x ϵ ( M 2 + 1 ) , r r 0 (2.24)

B r c | g ( f ( v ) ) f ( v ) v | d x B r c | g ( f ( v ) ) f ( v ) | d x B r c | g ( f ( v n ) ) f ( v n ) | d x ϵ ( M 2 + 1 ) , r r 0 (2.25)

另一方面,由(2.17)对所有的 r > 0

lim n B r g ( f ( v n ) ) f ( v n ) v n d x = B r g ( f ( v ) ) f ( v ) v d x (2.26)

那么从(2.24)~(2.26),可推出(2.14)。

引理2.7:假设( V 1 )和( F 1 )~( F 3 )成立,令 { v n } 为一PS序列,则有

lim n sup N V ( x ) | f ( v n ) | N d x = N V ( x ) | f ( v ) | N d x (2.27)

lim n N V ( x ) | f ( v n ) | N 2 f ( v n ) f ( v n ) v n d x = N V ( x ) | f ( v ) | N f ( v ) f ( v ) v d x (2.28)

证:对 r > 1 ,可选择函数 η r = η r ( | x | ) C 1 ( N ) 使得

η r ( | x | ) 1 , x B 2 r c ; η r ( | x | ) = 0 , x B r ; 0 η r 1 , | η r | 2 r , in N (2.29)

由于序列 { v n } 在中E有界,则序列 { η r φ n } φ n = f ( v n ) f ( v n ) ,也在E中有界,那么会有 J ( v n ) ( η r φ n ) = o n ( 1 ) ,即

N | v n | N 2 v n φ n η r d x + N V ( x ) | f ( v n ) | N η r d x = N | v n | N 2 v n η r φ n d x + N g ( f ( v n ) ) f ( v n ) η r d x + o n ( 1 ) (2.30)

其中 φ n = ( 1 + ( 2 α 1 ) ( 2 α N 1 ) | f ( v n ) | ( 2 α 1 ) N 1 + 2 α N 1 | f ( v n ) | ( 2 α 1 ) N ) v n 以及 ω ( r ) = N g ( f ( v n ) ) f ( v n ) η r d x 0 , n 那么(2.30)的极限说明

B r c ( | v n | N + V ( x ) | f ( v n ) | N ) η r d x B r c | v n | N 2 | v n | | η r | d x + o n ( 1 ) + ω ( r ) 4 α r B r c | v n | N 2 | v n | d x + o n ( 1 ) + ω ( r ) 4 α r v n L N ( Ω r ) N 1 v n L N ( Ω r ) + o n ( 1 ) + ω ( r ) 4 α r v n E N + o n ( 1 ) + ω ( r ) 4 α r M p + o n ( 1 ) + ω ( r ) , n , r (2.31)

其中 Ω r = B r c \ B 2 r c ¯ ,可推出 lim n sup B 2 r c ( | v n | N + V ( x ) | f ( v n ) | N ) d x < ϵ

此外,该极限还可得

lim n sup B 2 r c ( V ( x ) | f ( v n ) | N ) d x ϵ (2.32)

便有,

B 2 r c ( V ( x ) | f ( v ) | N ) d x ϵ (2.33)

由于 L N ( B 2 r ) 中, v n v ,则有

lim n B 2 r V ( x ) | f ( v n ) | N d x = B 2 r V ( x ) | f ( v ) | N d x (2.34)

ϵ > 0 ,极限(2.32)~(2.34)产生

lim n sup R N | V ( x ) ( | f ( v n ) | N | f ( v ) | N ) d x | 3 ϵ . (2.35)

接下来证明(2.28),由 f ( 6 ) ω ( r ) 0 可得

N g ( f ( v n ) ) f ( v n ) v n η r d x N g ( f ( v n ) ) f ( v n ) η r d x = ω ( r ) 0 (2.36)

有由 J ( v n ) ( η r v n ) = o n ( 1 ) 可得

N [ | v n | N + V ( x ) | f ( v n ) | N 2 f ( v n ) f ( v n ) ] η r d x = N | v n | N 2 v n η r v n d x + N g ( f ( v n ) ) f ( v n ) η r d x + o n ( 1 ) N | v n | N 1 | v n | | η r | d x + o n ( 1 ) + ω ( r ) 4 α r M p + o n ( 1 ) + ω (r)

那么对 ϵ > 0 , r 0 1 使得 r > r 0

lim n sup B 2 r c [ | v n | N η r + V ( x ) | f ( v n ) | N 2 f ( v n ) f ( v n ) v n ] d x ϵ (2.37)

于是

lim n sup B 2 r c V ( x ) | f ( v n ) | N 2 f ( v n ) f ( v n ) v n d x ϵ (2.38)

以及

B 2 r c V ( x ) | f ( v ) | N 2 f ( v n ) f ( v ) v d x ϵ (2.39)

由于在 L N ( B 2 r ) v n v 以及在 N v n ( x ) v ( x ) 几乎处处成立。则有

lim n sup B 2 r V ( x ) | f ( v n ) | N 2 f ( v n ) f ( v n ) v n d x = B 2 r V ( x ) | f ( v ) | N 2 f ( v n ) f ( v ) v d x

以及 lim n sup N V ( x ) | f ( v n ) | N 2 f ( v n ) f ( v n ) v n | f ( v ) | N 2 f ( v ) f ( v ) v d x 3 ϵ

因此极限(2.28)成立。

最后来证明在E中 v n 强收敛于v。

引理2.8 [13] 存在常数 C 3 > 0 使得对 ξ , η N

( | ξ | p 2 ξ | η | p 2 η , ξ η ) C 3 ( | ζ | + | η | ) p 2 | ξ η | 2 , if 1 < p < 2

( | ξ | p 2 ξ | η | p 2 η , ξ η ) C 3 | ξ η | p , if p 2

其中 ( . , . ) N 中数量积。

因为 v n , v 在E中有界以及 J ( v n ) J ( v ) , v n v 0

直接计算可得 J ( v n ) J ( v ) , v n v = A n m + B n m + C n m

其中 A n m = N ( | v n | N 2 v n | v | N 2 v ) ( v n v ) d x

B n m = R N V ( x ) [ | f ( v n ) | N 2 f ( v n ) f ( v n ) v n | f ( v ) | N 2 f ( v ) f ( v ) v ] ( v n v ) d x

C n m = N [ g ( f ( v n ) ) f ( v n ) d g ( f ( v ) ) f ( v ) ] ( v n v ) d x

由以上引理可得 | B n m | 0 , | C n m | 0 对于 A n m

A n m N ( | ( v n v ) | N ) d x 0.

| f ( v n v ) N | | v n v | N 以及在 L N ( N ) v n v ,可推出 N V ( x ) | f ( v n v ) | N d x 0 , n ,于是在E中 v n v

3. 定理证明

引理3.1 [14] 令E无限维实Banach空间, J C 1 ( E , R ) 为偶的且满足(PS)条件, J ( 0 ) = 0 。如果 E = U V ,其中U为有限维空间,J满足

( J 1 ) ρ , α > 0 使得在 B ρ V 上有 J ( u , v ) α

( J 2 ) 对任一有限维子空间 E 0 E ,有 R = R ( E 0 ) 使得在 E 0 \ B R 上有 J ( u , v ) 0 ,其中 B R = { z E : | z | E < R } , B R = { z E : | z | E = R }

那么,J产生无界的临界点序列。

定理1.1证明:显然泛函J在E中为偶且满足 J ( 0 ) = 0 和(PS)c条件。接下来论证在条件( F 1 )~( F 3 )下,有( J 1 )和( J 2 )成立。

J ( v ) = 1 N N | v | N d x + 1 N N V ( x ) | f ( v ) | N d x N G ( f ( v ) ) d x , (3.1)

首先验证( J 1 ),由相应条件可得

N ( | v | N + V ( x ) | f ( v ) | N ) d x C 0 v E N

G ( t ) ϵ N | t | N + C ϵ t g (t)

0 N g ( f ( v ) ) f ( v ) d x b 1 N | f ( v ) | q [ exp ( α 0 | f ( v ) | 2 α N N 1 ) S N 2 ( α 0 , f ( v ) ) ] d x k = N 1 b 1 α 0 k k ! N | f ( v ) | q 2 α N k N 1 d x k = N 1 b 2 α 0 k k ! ( 2 α ) k N 1 N | v | q k + q 0 d x b 2 k = N 1 α 0 k k ! ( 2 α ) k N 1 d N q k + q 0 ( q k + q 0 ) ( 1 1 N ) ( q k + q 0 ) v E q k + q 0 b 2 d N q 0 v E q 0 k = N 1 a k , (3.2)

其中 d N 在(2.4)中给定以及

b 2 = b 1 ( 2 α ) q 2 α N , q o = q 2 α , β = N + q 0 N 1 , q k = k N N 1 , a k = ( ( 2 α ) 1 N 1 α 0 ) k k ! d N q k v E q k ( β k ) k + q 0 ( 1 1 N ) .

又由 ρ > 0 充分小可得

lim k a k + 1 a k = e α 0 β ( 2 α ) 1 N 1 v E N N 1 d N N N 1 e α 0 β ( 2 α ) 1 N 1 ρ N N 1 d N N N 1 < 1. (3.3)

正序列 k = N 1 a k 收敛。于是 C 1 > 0 使得

0 N g ( f ( v ) ) f ( v ) d x C 1 v E q 0 .

那么可得

J ( v ) C 0 ϵ N v E N C 1 v E q 0 (3.4)

其中 q > 2 α N ,则得到 J ( v ) τ , v E = ρ 。条件 J 1 得证。

其次验证( J 2 )。对有限维子空间 E 0 E ,会 R 0 > ρ 使得在 E 0 \ B R 0 上有 J < 0 。否则会存在序列 { v n } E 0 使得 v E 0 J ( v n ) 0 成立。于是对某些 C 2 > 0

1 N N ( | v | N + N V ( x ) | f ( v ) | N ) d x N G ( f ( v ) ) d x C 2 N | f ( v ) | q d x (3.5)

ω n ( x ) = v n ( x ) v n ( x ) 。假设在E中 ω n ω , ω n ( x ) ω ( x ) a . e . in N 。记 Ω = { x N : ω ( x ) 0 } 。假定 | Ω | > 0 Ω 中显然有 v n ( x ) ,那么有

1 N v E N = 1 N N ( | v | N + N V ( x ) | v | N ) d x 1 N N ( | v | N + N V ( x ) | f ( v ) | N ) d x C 2 N | f ( v ) | q d x

以及

1 N C 2 N | f ( v n ) | q | v n | N ω n E d x , n (3.6)

产生矛盾,于是 | Ω | = 0 以及在 N ω ( x ) = 0 几乎处处成立。由范数的等价性,在 E 0 中, θ > 0 使得

( N | v | q d x ) 1 q θ v E , v E 0 , N | v | q d x 1 q θ q v n E q (3.7)

于是得到 θ q lim n N | ω n | q d x = 0 这是不可能的。最后由引理3.1可知存在无穷多个解 v n 于是 u n = f ( v n ) 为方程(1.1)的无穷多个解。定理1.1证毕。

致谢

作者对同行评阅人的意见和建议表示深深的感谢。

文章引用

杜桂香,李 静. RN上一类拟线性N-拉普拉斯方程的无穷解
Infinitely Many Solutions to a Class of Quasilinear N-Laplacian Equations in RN[J]. 应用数学进展, 2020, 09(03): 307-317. https://doi.org/10.12677/AAM.2020.93037

参考文献

  1. 1. Adachi, S. and Watanabe, T. (2012) Uniqueness of the Ground State Solutions of Quasilinear Schr?dinger Equations. Nonlinear Analysis, 75, 819-833. https://doi.org/10.1016/j.na.2011.09.015

  2. 2. Colin, M. and Jeanjean, L. (2004) Solutions for a Quasilinear Schr?dinger Equation: A Dual Approach. Nonlinear Analysis, 56, 213-226. https://doi.org/10.1016/j.na.2003.09.008

  3. 3. Popenberg, M., Schmitt, K. and Wang, Z.Q. (2002) On the Existence of Soliton Solutions to Quasilinear Schr?dinger Equations. Calculus of Variations and Partial Differential Equations, 14, 329-344. https://doi.org/10.1007/s005260100105

  4. 4. Liu, J., Wang, Y. and Wang, Z.Q. (2004) Solutions for Quasilinear Schr?dinger Equations via Nehari Method. Communications in Partial Differential Equations, 29, 879-901. https://doi.org/10.1081/PDE-120037335

  5. 5. Do ó, J.M.B. (1997) N-Laplacian Equations in RN with Critical Growth. Abstract and Applied Analysis, 2, 301-315.https://doi.org/10.1155/S1085337597000419

  6. 6. Liu, J. and Wang, Z.Q. (2002) Soliton Solutions for Quasilinear Schr?dinger Equations I. Proceedings of the American Mathematical Society, 131, 441-448. https://doi.org/10.1090/S0002-9939-02-06783-7

  7. 7. Liu, J., Wang, Y. and Wang, Z. (2003) Soliton Solutions for Quasilinear Schr?dingerr Equations II. Proceedings of the American Mathematical Society, 187, 473-493. https://doi.org/10.1016/S0022-0396(02)00064-5

  8. 8. Chen, C.S. and Zhu, Q. (2014) Existence of Positive Solu-tions to p-Kirchhoff-Type Problem without Compactness Conditions. Applied Mathematics Letters, 28, 82-87. https://doi.org/10.1016/j.aml.2013.10.005

  9. 9. Trudinger, N. (1967) On Imbeddding into Orlicz Space and Some Applications. Journal of Mathematics and Mechanics, 17, 473-484. https://doi.org/10.1512/iumj.1968.17.17028

  10. 10. Moser, J. (1971) A Sharp Form of an Inequality by N. Trudinger. Indiana University Mathematics Journal, 20, 1077-1092. https://doi.org/10.1512/iumj.1971.20.20101

  11. 11. Cao, D.M. (1992) Nontrivial Solution of a Semilinear Elliptic Equation with Critical Exponent in R2. Communications in Partial Differential Equations, 17, 407-435. https://doi.org/10.1080/03605309208820848

  12. 12. Kosevich, A.M., Ivanov, B.A. and Kovalev, A.S. (1990) Magnetic Solitons. Physics Reports, 194, 117-238.https://doi.org/10.1016/0370-1573(90)90130-T

  13. 13. Dinca, G. and Jebelean, P. (2001) Some Existence Results for a Class of Nonlinear Equations Involving a Duality Mapping. Nonlinear Analysis, 46, 347-363. https://doi.org/10.1016/S0362-546X(00)00120-6

  14. 14. Rabinowitz, P.H. (1986) Minimax Methods in Critical Point Theory with Application to Differential Equations. In: CBMS Regional Conference Series in Mathematics, Volume 65, American Mathematical Society, Providence, RI.https://doi.org/10.1090/cbms/065

期刊菜单