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$\开始组$

考虑定义为的函数空间,$$D=\{f\在L^p(0,\infty)中:f\在AC_{loc}(0,\ infty,$$哪里$AC_{loc}(0,\infty)$是上的局部绝对连续函数集$(0,\infty)$.我想证明$C_C^\infty(0,\infty)$在太空中很密集D美元$符合规范$$\|f\|_D=\|f\|_p+\|xf'(x)\|_p。$$

我的想法

我们使用了绝对连续函数和Sobolev空间的特征,因此,$$D=\{f\在L^p(0,\infty)中:f\在W中^{1,p}_L^p(0,\infty)\}中的{loc}(0,\ infty)\text{和}xf'(x)\}。$$

因此,作为$f\单位:W^{1,p}_{loc}(0,\infty)$和作为$C_C^\infty(0,\finfty)$在存在序列的Sobolev范数的空间上是稠密的$(f_n)_{n\geq0}\子集C_C^\输入(0,\infty)$这样,$$\|f-f_n\|_p+\|f'-f_n'\|_p\到0,\quad\text{作为}n\到infty$$关于紧集$K\子集(0,\infty)$.因此我们有$$\|f-f_n\|_D\到0,\quad\text{as}n\to\infty$$鉴于x美元$一旦我们固定了紧集,就有界了千美元$现在我正在努力如何将这种收敛推广到整个空间,而不仅仅是在紧集上。

其他想法

我尝试过使用截止函数和缓和,但我也无法使其工作,所以如果这是我期待一些想法或参考的方式。

$\端组$

1答案1

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$\开始组$

我会简单地使用一个缓和参数,例如Gilbarg Trudinger 7.2,用于有界域上的标准例程的sh参数。对于$(0,\infty)$这个论点也有同样的风格好的,下面的结果在有界集上有点微不足道,所以本质上,下面的论点与作者的论点是一样的。

我认为$p\geq 1美元$,因此某些Sobolev嵌入结果适用。

首先,让$f_{\epsilon}:=\phi_{\ε}*f$,然后$\|f_\epsilon-f\|_p\到0$。唯一需要展示的是$\|g-g_{\epsilon}\|_p\到0$,其中$g(x):=xf'(x)$、和$g{\epsilon}(x):=xf'{\epsilon}$.的弱收敛性$g_{\epsilon}\rightharpoonup g$可以通过分部积分简单地证明:对于任何$v\在C^{\infty}_C(\mathbb{R}^+)中$

$$\int_{\mathbb{R}^+}(xf'(x)-xf'{\epsilon}(x))v\,dx=\int_{\mathbb{R}^+}(f'(x)-f'{\epsilon}(x))xv\,dx\\=-\int_{\mathbb{R}^+}(f(x)-f_{\epsilon}(x))(v+xv')\,dx,$$

然后应用Holder,$f_{\epsilon}\到f$在里面$\|\cdot\|_p$和的某些属性$C^{\infty}_C$功能。

接下来,简单地应用相应的Sobolev嵌入结果(例如Rellich–Kondrachov或某些版本的Poincare-Freedrichs不等式),以表明这种弱收敛意味着$\|\cdot\|_p$。您可能需要填写有关指数的一些详细信息。


编辑:我最初的回答没有回答上的问题$(0,+\infty)$,论点的最后一部分应该如下。

查找任何D中的$f\$,对于任何给定$\epsilon\in\mathbb{R}^+$,存在一个$g\单位:D$但是具有紧凑的支撑,使得$\|f-g\|_D<\epsilon$.

这个论点很简单$\|f\|_D$是有限的,让$I_k:=[\压裂{1}{k},k]$紧凑,并且$\|f\|_{D,I_k}=\|\chi_{I_k{f\|_D\nearrow\|f\ |_{D}$,因此$\|f-\chi_{I_k}f\|_D=\|f\|_{D,\mathbb{R}^+\backslash I_k{到0$.

现在你的论点如下$f_\epsilon:=\phi_\epsilon*(\chi_{I_k}f)$具有$k:=\lfloor 1/\epsilon\rfloor$:

$$\|f-f_\epsilon\|_D\leq\|f-\chi_{I_k}f\|_D+\|chi_{l_k}f-\phi_\epsilon*(\chi__k}f)\|_D。$$

$\端组$
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  • $\开始组$ 非常感谢您的回复,我有几个问题要问。Q1:您在$L^p$中声明$f_\epsilon到f$,但这种收敛只是在$(0,1)$的紧集上,而不是整个$(0,1)$上,您如何获得$(0.1)$的属性?Q2:当你说“$C^\infty_C$函数的某些属性”时,你使用了这样一个事实,即该函数有紧支持,其导数有界右?问题3:我无法找到你所说结果的一个维度的参考。 $\端组$ 评论 5月14日7:40
  • $\开始组$ @苏格兰人质疑我的坏处。我没有仔细阅读这个问题。现在我编辑了答案。 $\端组$
    – 曹树浩
    评论 5月14日14:59

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