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高阶Schrödinger–Poisson–Slater系统的适定性

摘要

本文证明了一类高阶非线性薛定谔方程的全局适定性。具体来说,我们考虑一个具有自洽库仑势的无限多耦合高阶Schrödinger–Poisson–Slater方程组。我们证明了在时间上解的存在唯一性\(L^{2}(\mathbb{R}^{3})\)在能量空间。

1介绍

本文致力于三维高阶薛定谔-泊松-斯莱特混合系统(简称SPS)的数学分析:

$$i\hbar\frac{\partial}{\paratilt}\psi_{k}=-\sum_{j=0}^{j}\frac}\alpha c{1}{\vertx\vert}\biggr)\psi{k}-c{s}\rho{psi}^{frac{1{3}}\psi}k}$$
(1)

波函数\(\psi_{k}\)取决于时间t吨和空间\(x\在{\mathbb{R}^{3}}\中).常数,c(c)ħ分别表示粒子的质量、光速和约化的普朗克常数。常量\(c{c}\),\(c{p}\)\(c{s}\)表示物理相互作用常数;下标\(\cdot{c}\),\(\cdot_{p}\)\(\cdot_{s}\)分别代表库仑、泊松和斯莱特。SPS系统可以是排斥的(\(c{p}>0\))或者很吸引人(\(c{p}<0\)). 微分算子Δ是拉普拉斯算子表示中的卷积运算符\({\mathbb{R}^{3}}\).\(\rho_{\psi}\)表示电荷密度并由给出\(\rho_{\psi}:=\sum_{j\in{\mathbb{N}}}\gamma{i}|\psi_{j}|^{2}\),其中\({\gamma_{j},j\in{\mathbb{N}}\}\subset\ell^{1}({\mat血红蛋白{N})\)是一组职业编号并且是这样的\(\gamma{j}\geq0\)\({\mathbb{N}}\gamma{j}=1中的\sum_{j\).非线性项\(-c{s}\rho{\psi}^{\frac{1}{3}}\psi{k}\)由Slater引入,作为Hartree–Fock方程中交换项的局部修正。在狄拉克和斯莱特之后,这种修正应该被理解为量子效应,而泊松项具有经典对应项,我们称之为[1,2]有关更多详细信息,请发送至[,4,5]这一术语的启发性论证。系统之间的差异(1)经典的SPS系统是动力学算子\(压裂{\hbar}{2m}\Delta\)被高阶运算符替换\(sum_{j=0}^{j}\frac{\alpha(j)\hbar^{2j}}{m^{2j-1}c^{2j-2}}\Delta^{j}\)哪里\(J\在{\mathbb{N}}^{\star}\中)。这个想法是在年发展起来的[6,7]它基于爱因斯坦的质量-能量等价性和有限膨胀方法。该模型适用于速度小于\(\压裂{c}{\sqrt{2}}\).

系统(1)属于高阶薛定谔方程族,这些方程在[7,8]. 这些是薛定谔型方程,涉及高阶薛定谔的算符,原则上收敛到称为无自旋Salpeter方程的半相对论有界状态方程;参见,例如[9,10,11,12]. 半相对论性无自旋Salpeter方程在粒子物理中具有重要意义,它为Bethe–Salpeter公式提供了一种定义明确的近似,该公式是为相对论量子场论中束缚态的Lorentz协变描述而设计的。无旋Salpeter方程可以通过三维简化和适当的合理物理假设正式获得。更重要的是,它可以被视为经典薛定谔方程的推广,其中包含了相对正确的自由粒子动能[6]有关高阶薛定谔方程的物理背景和应用的更详细讨论(另请参见[7]有关alpha粒子的应用,请参见[13,14]用于替代应用)。

在续集中,我们假设非负实数序列\({\gamma_{j},j\in{\mathbb{N}}\}\subset\ell^{1}({\mat血红蛋白{N})\)都是固定的。也就是说,它们不像依赖于时间的多配置模型那样依赖于时间(参见示例[15] ). 接下来,我们回顾一下最初在[16,17]. 我们表示\(\gamma:=(\gamma{1},\gamma{2},\ ldots)\)我们为所有人定义\(1),的\(L^{p}(\gamma)\)空格如下:

$$L^{p}(\gamma):=\biggl\lbrace\psi=gr)^{1/p}<+\infty\biggr\rbrace$$

对于给定的时间间隔,我们表示\(升^{q,p}_{I} (\gamma):=L^{q}(I;L^{p}(\gamma)).我们将使用符号\(升^{q,p}_{T} (伽玛射线)什么时候\(I=[0,T]\)此外,我们将使用速记符号\(升^{q,p}_{\mathrm{loc}}(\gamma)\)\(L^{q,p}(\gamma)\)对于\(升^{q}_{\mathrm{loc}}([0,+\infty);L^{p}(\gamma))\(L^{q}([0,+\infty);L^{p}(\gamma))\)分别是。现在,我们介绍

$$\开始{aligned}&\mathfrak{B}^{q,p}_{一} (\gamma):=L^{\infty,2}_{I}(\gama)\cap L^{q,p}_{一} (\gamma),\qquad\mathfrak{B}^{\prime q,p}_{I}(\gama):=L^{1,2}_{一} (\gamma)\cap L^{\frac{q}{q-1},\frac}{p}{p-1}}_{I}(\gama),\end{aligned}$$

配备了规范

$$\开始{aligned}&\Vert\psi\Vert_{mathfrak{B}^{q,p}_{I} (\gamma)}=\Vert\psi\Vert_{L^{\infty,2}_{I}(\gamma)}+\Vert\psi\Vert_{L^{q,p}_{一} (\gamma)},\\&\Vert\psi\Vert_{\mathfrak{B}^{\prime q,p}_{I}(\gama)}=\inf_{\psi=\psi^{1}+\psii^{2}}\bigl^{1,2}_{一} (\gamma)}+\bigl\Vert\psi^{2}\bigr\Vert_{L^{\frac{q}{q-1},\frac{p}{p-1}}_{I}(\gama)}\biger)。\结束{对齐}$$

最后,我们定义了集合

$$\mathfrak{J}:=\biggl\{(q,p)\text{这样的}2\leqp\leq+\infty,J\in{\mathbb{N}}^{\star}\setminus\{1\}\text{and}\frac{2}{q}=\frac}3}{J}\biggl(\frac{1}{2}-\压裂{1}{p}\biggr)\biggr\}$$

本文的主要结果如下。

定理1.1

\(J\geq2) \(φ=(\phi_{i})_{i\在{\mathbb{N}}中) 是中的一组初始数据 \(L^{2}(\gamma)\) \((q,p)\ in \mathfrak{J}\) 这样的话 \(3).然后是SPS系统(1)有独特的解决方案 \(磅/平方英寸(t,x)) 令人满意的

$$\psi(t,x)\在C^{0}\bigl([0,+\infty\bigr),{L^{2}(\gamma)})\cap L^{q}\bigl([0,+\infty\bigr),L^{p}(\gamma))中$$

此外,如果 \(φ=(\phi_{i})_{i\ in{mathbb{N}}\ in H^{2J}(\gamma)\),然后

$$\psi(t,x)\在C^{0}\bigl([0,+\infty),H^{2J}(\gamma)\bigr)\cap C^{1}\bigle$$

这个定理表明了系统的适定性(1)初始数据在\(L^{2}\)而不是能量空间。此外,值得一提的是,定理1.1可以如下扩展。

推论1.2

\(φ=(\phi_{i})_{i\在{\mathbb{N}}中) 是中的一组初始数据 \(H^{J}(\gamma)\),然后是SPS系统(1)有独特的解决方案 \(磅/平方英寸(t,x)) 令人满意的 \(在C^{0}([0,+\infty),H^{J}(\gamma)中为\psi(t,x)).

有非常丰富的数学文献致力于分析Hartree和Hartree–Fock方程。能量空间中的适足性\(H^{1}({\mathbb{R}^{3}})\)Hartree–Fock方程(\(δ=1\),\(k=1,\ldots,N\))于年获得[18](另请参见[19]). \(L^{2}\)该理论是在年独立建立的[16]和[17]. 作者在一些加权空间中建立了自由Schrödinger半群的Strichartz型估计,并用一个压缩参数得出结论。在[20],作者展示了经典SPS系统在\(L^{2}({\mathbb{R}^{3}})\),在能量空间\(H^{1}({\mathbb{R}^{3}})\)在高阶Hartree–Fock方程的背景下\(L^{2}({\mathbb{R}^{3}})\),\(H^{2J}({\mathbb{R}^{3}})\(H^{J}({\mathbb{R}^{3}})已证明适用于\(J\geq2)在[6]. 定理1.1将此结果扩展到SPS系统的情况。

2定理的证明1.1

在本节中,我们将证明定理1.1分两步进行。首先,我们收集了几个技术引理,这些引理提供了必要的Lipschitz界来设置一个压缩参数,并获得了\(L^{q,p}(\gamma)\)第二步是证明\(H^{2J}(\gamma)\).从这一点开始,κ将表示不等式中可能从一行变到另一行的变量通用常数,当它取决于重要参数时,我们将强调它。此外,我们将使用符号\(\泽塔(0)\)而不是\(\泽塔(t=0)\)所有功能,以及\(\varPsi:=\psi-\varphi\)\(\rho{\varPsi}:=\rho_{\psi}-\rho_{\varphi}\)当没有混淆时。

对于所有人\(J\在{\mathbb{N}}^{\star}\中),我们表示为\(U_{J}(t)\)自由高阶薛定谔算子的传播子。更准确地说,

$$U_{J}(t)=e ^{-\mathrm{i} t吨H_{J}},\qquad H_{J}:=-\sum_{J=0}^{J}\frac{\alpha(J)\hbar^{2j}}{m^{2j-1}c^{2j-2}}\Delta^{J}$$

特别地,\(U_{J}(t)\)是每个\(H^{s}\)为所有人\(s\in\mathbb{R}\)(参见参考[6],建议3.4)。为了证明解的存在性,我们寻求以下泛函的不动点:

$$\begin{aligned}\varLambda[\psi](t,x):=&U_{J}(t)\phi\\&{}-\mathrm{i}\int_{0}^{t}U_{J}(t-s)\biggl(x,s),ds:=&U_{J}(t)\phi-\mathrm{i}\int_{0}^{t}U_{J}(t-s)\bigl(mathfrak{c})(psi)+\mathfrak{P}(\psi)-\mathbrak{S}(\fsi)\biger)(x,S)\,ds,\end{aligned}$$

在一个精心挑选的封闭球里。为了简化符号,我们将使用以下内容:

$$\varLambda_{I}(\xi)(t,x):=\int_{I\cap\{s,t\}}U_{J}(t-s)\xi(s,x)\,ds$$

对于所有时间间隔,这样我们才能写作

$$\varLambda[\psi](t,x):=U_{J}(t)\phi-\mathrm{i}\varLampda_{i}\bigl(\mathfrak{C}(\psi)+\mathbrak{P}(\ psi)-\mathfrak{S}(\fsi)\bigr)(t,x)$$
(2)

2.1 \(L^{q,p}(\gamma)\)解决

在本小节中,我们证明了定理的第一部分1.1。为此,我们需要传播算子的以下局部Strichartz估计\(U_{J}(t)\).

引理2.1

([21])

\(J\geq2),\((q{1},p{1}),(q{2},p2}), 长度小于的有限时间间隔1然后:

  1. 1

    存在 \(\kappa:=\kappa(p{1})\) 这样的话

    $$\bigl\Vert U_{J}(\cdot)\zeta\bigr\Vert_{L^{q_{1}.p_{1{}}_{I}(\ gamma)}\leq\kappa\Vert\zeta\Vert_{L^_2}(\fagama)}},\quad\textit{代表L^{2}(\gamma”)中的所有}\zeta\$$
  2. 2

    如果 包含原点,存在 \(\kappa:=\kappa(p{1},p{2})\) 这样的话

    $$\bigl\Vert\varLambda_{I}(\zeta)\bigr\Vert_{L^{q_1}.p_{1}}_{I{(\gamma)}\leq\kappa\Vert\zeta\Vert_{L^}\frac{q_2}}{q_{2}-1},\压裂{p{2}}{p_{2}-1}}_{一} (\gamma)},\quad\textit{代表L^{\frac{q_{2}}{q中的所有}\zeta\_{2}-1},\压裂{p{2}}{p_{2}-1}}(\gamma)$$

这个引理是[21]. 经典Strichartz估计对我们的加权空间的适应性很简单,我们请读者参考[17]作为证据。感谢Lemma2.1,我们有

$$\bigl\Vert U_{J}(\cdot)\zeta\bigr\Vert_{\mathfrak{B}^{q_{1},p_{1{}{I}(\ gamma)}\leq\kappa(p_{1})\Vert\zeta\Vert_{L^{2}{q{1},p_{1}}{I}}\leq\kappa(p_{1\,p_2})\Vert\zeta\Vert_{\mathfrak{B}^{\prime q{2},p2}}_{I}(\gamma)}$$
(3)

只要右手边是有限的。接下来,我们回顾SPS系统的以下质量保护属性。

引理2.2

\(T>0) \(φ=(\phi_{i})_{i\在{\mathbb{N}}中) 中的一组初始数据 \(L^{2}(\gamma)\).如果存在弱解 \(\psi(t)=({\psi_{i}(t)}){i\在{\mathbb{N}}}中) 到上的SPS系统 \([0,T]\),然后 \((({\psi_{i}(t)}){i\在{\mathbb{N}}中) 是这样的 \(\|\psi(t)\|_{L^{2}(\gamma)}}=\|\phi\|_}{L^}2} 为所有人 \(在[0,t]\中).

证明

一方面,我们将SPS系统相乘(1)由\(\bar{\psi}_{l}\)并在空间上进行整合。在另一边,我们更换k个通过在(1),取系统的复共轭,乘以\(\phi_{l}\)在空间方面进行整合,并将该术语进行部分整合\(-\sum_{j=0}^{j}\frac{\alpha(j)\hbar^{2j}}{m^{2j-1}c^{2j-2}}\int_{mathbb{R}^3}[{Delta^{j}\bar{\psi}{l}}]\psi_{k}\,dx\)。最后,将这两个等式相加得到期望的结果。□

现在,我们估计\(\mathfrak{B}^{primeq,p}{T}(\gamma)\)为所有人\((q,p)\ in \mathfrak{J}\)\(T>0)首先,我们有

引理2.3

\(T>0),\((q,p)\in\mathfrak{J}\) 这样的话 \(3) \(\psi,\varphi\in\mathfrak{B}^{q,p}_{T} (伽玛射线).然后就有了 \(\κ:=\κ(p)>0\) 这样的话

$$\bigl\Vert\mathfrak{C}(\varPsi)\bigr\Vert_{\mathfrak{B}^{\prime q,p}_{T}(gamma)}\leq\kappa\max\bigl(T,T^{1-\frac{3}{J}(\frac{1}{2}-\压裂{2}{p})}\biger)\Vert\varPsi\Vert_{mathfrak{B}^{q,p}_{T} (\gamma)}$$
(4)

证明

证明基于库仑势的截止\(\压裂{1}{x|}\)的确,对于所有功能\(C^{\infty}\中的\chi\)这样的话\(\chi(r)=1)对于\(0\leq r\leq1\)\(\chi(r)=0)对于\(第二页),我们已经明确

$$\frac{1}{\vert x\vert}=\frac}1}{\ vert x\ vert}\ bigl(1-\chi\bigl biggr]$$

在一边,我们设置\(b=+\infty\)并获得

$$\bigl\Vert\mathfrak{C}(\varPsi)\chi\bigl(\Vert x\Vert\bigr)\bigr\Vert_{L^{1,2}_{T} (\gamma)}\leq\biggl\Vert\frac{\chi$$

相反,利用霍尔德在时间和空间上的不等式,结合以下事实\((q,p)\ in \mathfrak{J}\),我们获得

$$\开始{aligned}\bigl\Vert\mathfrak{C}(\varPsi)\bigl(1-\chi\bigle(\Vert x\Vert\bigr)\bigr{2}-\frac{2}{p})}\biggl\Vert\frac{chi(\Vert x\Vert)}{\Vert x \Vert}\bigr\Vert_{L^{\frac{p}{p-2}}_{x}}\Vert\varPsi\Vert_{L^{q,p}_{T} (\gamma)}。\结束{对齐}$$

这个估计的右侧对所有人来说都是有限的\(3),这确保了\(\压裂{p}{p-2}\在[\压裂{3}{2},3[\中).总结我们得到的两个不等式(4). □

现在,让我们弄清楚密度规范之间的关系\(\rho_{\psi}\)和波函数ψ。由于闵可夫斯基的不平等,我们\(γ)为所有人\(第二页)此外,对所有人使用反向Minkowski不等式\(第二页),我们获得\(\|\rho^{\frac{1}{2}}_{\psi}\|_{L^{p}}\leq\|\psi\|{L^}p}(\gamma)}\)我们将在续集中默认使用此属性。现在,系统的泊松部分满足以下要求。

引理2.4

\(T>0),\((q,p)\ in \mathfrak{J}\) 这样的话 \(3) \(\psi,\varphi\in\mathfrak{B}^{q,p}_{T} (伽玛射线).然后存在一个常数 \(\kappa:=\kappa(p)\) 这样的话

$$\开始{aligned}&\bigl\Vert\mathfrak{P}(\psi)-\mathfrak{P}(\varphi)\bigr\Vert_{\mathfrak{B}^{\prime q,P}_{T}(\ gamma)}\\&\quad\leq\kappa\bigl \biger)^{2}\max\bigl(T,T^{1-\frac{3}{J}(\frac{1}{2}-\压裂{2}{p})}\biger)\Vert\varPsi\Vert_{mathfrak{B}^{q,p}_{T} (\gamma)}。\结束{对齐}$$
(5)

证明

证明与参考文献相同[17],为了方便读者,我们在这里画了草图。我们有

$$\begin{aligned}\bigl\Vert\mathfrak{P}(\psi)-\mathfrak{P}(\varphi)\bigr\Vert_{\mathfrak{B}^{\prime q,P}_{T}(\ gamma)}\leq&\biggl\Vert\biggl(\rho_{\varPsi}\star\frac{1}{\Vert x\Vert}\biggr)\varphi\biggr\Vert_}\mathbrak{B}{\prime q,P}_{T}(\gamma)}+\biggl\Vert\biggl(\rho_{psi}\star\frac{1}{\Vert x\Vert}\biggr)\varPsi\biggr\Vert_{mathfrak{B}^{prime q,p}_{T}(\gamma)}。\结束{对齐}$$

我们将使用引理证明中给出的库仑势的截止值2.3一方面,回顾一下\(\rho{\psi}=\sum{i}\gamma{i}|\psi{i}|^{2}\)利用杨氏不等式和霍尔德不等式,我们得到

$$\biggl\Vert\biggl(\rho_{\varPsi}\star\frac{\chi(\Vert x\Vert)}{\Vert x \Vert}\biggr)\varphi\biggr\Vert_{L^{1,2}_{T} (\gamma)}\leq\kappa\Vert\varphi\Vert_{L^{infty,2}$$

$$\begl{aligned}和\biggl\Vert\biggl(\rho_{\varPsi}\star\frac{1-\chi(\Vert x\Vert)}{\Vert x\Vert}\biggr)\varphi\biggr\Vert_{L^{\frac{q}{q-1},\frac{p}{p-1}}_{T}(\gamma)}和\quad\leq\kappa\Vert\varphi\Vert_{L^{\infty,2}(\gamma)}\bigl(\Vert\psi\顶点_{L^{\infty,2}(\gamma)}+\Vert\varphi\Vert_{L^{\infty,2}(\gamma)}\较大)T^{1-\压裂{3}{J}(\压裂{1}{2}-\压裂{2}{p})}\Vert\varPsi\Vert_{L^{q,p}_{T} (\gamma)}。\结束{对齐}$$

等效地,我们有

$$\begin{aligned}&\biggl\Vert\biggl(\rho_{\psi}\star\frac{\chi(x)}{\Vert x\Vert}\biggr)\varPsi\biggr\Vert_{L^{1,2}_{T} (\gamma)}\leq\kappa\Vert\psi\Vert^{2}_{L^{\infty,2}(\gamma)}T\Vert\varPsi\Vert_{L^}\infty,2}_{T}(\ gamma”},\end{aligned}$$

$$\begin{aligned}和\biggl\Vert\biggl(\rho_{psi}\star\frac{1-\chi(x)}{\Vert x\Vert}\biggr)\varPsi\biggr\Vert_{L^{frac{q}{q-1},\ frac{p}{p-1}}{T}(\gamma)}\leq\kappa\Vert\psi\Vert^{2}_{L^{infty,2}(\gamma)}T^{1-\frac{3}{J}(\ frac{1}{2}-\压裂{2}{p})}\Vert\varPsi\Vert_{L^{q,p}_{T} (\gamma)}。\结束{对齐}$$

收集这些估计,我们得到(5). 观察情况\(3)需要像引理一样限制电势的短程部分2.3. □

现在,我们为SPS系统的Slater部分提供估计值。

引理2.5

\(T>0),\((q,p)\ in \mathfrak{J}\) 具有 \(p>2) \(\psi,\varphi\in\mathfrak{B}^{q,p}_{T} (伽玛射线).然后有一对 \((r,s)\in\mathfrak{J}\) 这样的话

$$\begin{aligned}\bigl\Vert\mathfrak{S}(\psi)-\mathfrak{S}(\varphi)\bigr\Vert_{L^{\frac{r}{r-1},\frac}{S}{S-1}}{T}(\ gamma)}\leq\kappa T^{1-\frac[1}{2J}\bigr(\Vert\psi\Vert^{2}{3}{L}^{q,p}_{T} (\gamma)}+\Vert\varphi\Vert^{\frac{2}{3}}_{L^{q,p}_{T} (\gamma)}\biger)\Vert\varPsi\Vert_{L^{infty,2}_{T}(\gama)}。\结束{对齐}$$
(6)

证明

我们遵循以下论点[20]使用不同的\(L^{q,p}(\lambda)\)空格。首先,使用一阶泰勒展开式,我们可以为所有人写\([0,1]\中的θ)

$$\begin{aligned}\mathfrak{S}(\psi)-\mathbrak{S{(\varphi{\ell^{2}(\gamma)}\biger)\rho^{-\frac{2}{3}}_{\varphi+\theta\varPsi}(\tavphi+\ttheta\varPsi)\,d\theta\+&\int_{0}^{1}\rho^{\frac{1}{3}}_{\varphi+\theta\varPsi}\varPsi\,d\theta:=\mathfrak{T}(T)_{1} +\mathfrak(+\马特拉克){T}(T)_{2}. \结束{对齐}$$

事实上\(\rho_{\zeta}^{\frac{1}{3}}\zeta\)由提供

$$\partial_{\psi}\bigl(\rho_{\psi}^{\frac{1}{3}}\psi\bigr)h=\frac{2}{3{Re\langle h,\psi\ rangle_{\ell^{2}(\gamma)}\rho{\psi}^{-\frac}2}{3}\psi+\rho_psi}^{1}{3}h$$

其中符号表示复数的实数部分,以及\(\langle h,\psi\rangle_{\ell^{2}(\gamma)}\)表示中的欧几里德标量积\(\ell^{2}(\gamma)\),\(langleh,\psi\rangle{\ell^{2}(\gamma)}:=\sum{j}\gamma{j}h{j}\bar{psi}{j}\).我们的目标是估计\(\mathfrak{T}(T)_{1} \)\(\mathfrak{T}_{2}\)在里面\(L^{\压裂{p}{p-1},\压裂{r}{r-1}}(\gamma)\)这一事实的证明是Minkowski不等式的直接应用。事实上,让\((q,p)\ in \mathfrak{J}\)然后利用Hölder的时空不等式得到

$$\开始{aligned}\Vert\mathfrak{T}(T)_{2} \Vert_{L^{压裂{Jp}{Jp-1},\frac{6p}{3p+4}}{T}(\gamma)}\leq&\bigl\Vert\rho^{frac{1}{3}}{\varphi+\theta\varPsi}\bigr\Vert_压裂{压裂{2} 第页}_{T} }\Vert\varPsi\Vert_{L^{infty,2}_{T}(\gamma)}\\=&\bigl\Vert\rho^{\frac{1}{2}}{\varphi+\theta\varPsi}\bigr\Vert^{\frac{2}{3}}_{L^\\frac{2{3}\frac}{Jp}{1},p}_{T}\Vert\varPsi{L^{infty,2}{T}(\gamma)}\\leq&\Vert\varphi+\theta\varPsi\Vert^{frac{2}{3}}{L^}{frac}2}{3}\frac{Jp}{Jp-1},p}}{T{(\gamma)}\Vert\varPsi\Vert_{L^{infty,2}_{T}(\gamma)}\\leq&T^{1-\frac{1}{2J}}\bigl \varPsi\Vert_{L^{infty,2}_{T}(\gamma)}。\结束{对齐}$$

为了从上述估算的第二行传递到第三行,我们使用了以下事实\(\|\rho^{\frac{1}{2}}_{\zeta}\|_{L^{q,p}}\leq\|\zeta\|{L^},p}(\gamma)}\)为所有人\(第二页)\(\ζ\在L^{q,p}中(\γ)\).请注意\(压裂{Jp}{Jp-1}\)是的共轭Jp公司\(压裂{6p}{3p+4}\)是的共轭\(压裂{6p}{3p-4}\)和那对\((Jp,压裂{6p}{3p-4})。最终,我们显然\(1-\压裂{1}{2J}>0\)为所有人\(J\geq2)现在,我们估计\(\mathfrak{T}(T)_{1}\):

$$\开始{aligned}\Vert\mathfrak{T}(T)_{1} \Vert_{L^{压裂{Jp}{Jp-1},\frac{6p}{3p+4}}{T}(\gamma)}\leq&\eta\bigl\Vert\rho^{frac{1}{2}}{\varphi+\theta\varPsi}\rho^}{\frac}{1}}\varPsi}\rhoθ\varPsi}\Vert\varphi+\theta\varPsi \Vert\bigr\Vert_{L^{frac{Jp}{Jp-1},frac{6p}{3p+4}}{T}(\gamma)}\\leq&\eta\bigl\Vert\rho^{frac{1}{2}}_{[\rho^{-\frac{1}{6}}{{\varphi+\theta\varPsi}\rho_{\frac}1}{2}}{\varPsi}\vert\varphi+\T theta\varPsi\vert]}\bigr\vert_{L^{\frac{Jp}{Jp-1},\frac6p}{3p+4}}{T}}\\=&\eta\bigl\vert\rho^ \frac{1}{6}}{{\varphi+\theta\varPsi}\rho^{\frac}1}{2}}{\varPsi}\rho ^{\frac{1}{2}{\valphi+\ttheta\varPsi}\bigr\vert_{L^{\frac{Jp}{Jp-1},\压裂{6p}{3p+4}}{T}}\\leq&\eta\bigl\Vert\rho^{frac{1}{3}}{\varphi+\theta\varPsi}\bigr\Vert_{L^{frac{Jp}{Jp-1},\frac{3}{2} 第页}_{T}}\bigl\Vert\rho^{\frac{1}{2}}_{\varPsi}\bigr\Vert_{L^{\infty,2}_{T}}\\leq&\eta T^{1-\frac}{2J}}\bigl压裂{2}{3}}_{L^{q,p}(\gamma)}\biger)\Vert\varPsi\Vert_{L^}\infty,2}_{T}(\ gamma。\结束{对齐}$$

在第一行中,我们使用了Cauchy–Schwartz不等式,\(|\langleh,\psi\rangle{\ell^{2}(\gamma)}|^{2{\leq\rho{\psi}\rho_{h}\)和符号\(|\zeta|=(|\zeta_{j}|)_{j\在{\mathbb{N}}\中)。在第二行中,我们使用了以下事实\(\|\zeta\|_{L^{q,p}(\gamma)}\leq\|\rho^{\frac{1}{2}}{{\zeta}\|{L^},p}}\)为所有人\(第二页)\(L^{q,p}(\gamma)中的\ zeta\)显然,我们已经\(\frac{6p}{3p+4}\leq2\)。最后,通过设置来证明引理\((r,s)=(Jp,\压裂{6p}{3p-4})\). □

现在,我们可以建立一个压缩论点来证明定理的第一部分1.1.让\(0<T\leq1)待稍后修复,\(φ=(\phi_{i})_{i\在{\mathbb{N}}中)是中的一组正交初始数据\(L^{2}(\gamma)\)、和\(\psi=(\psi_{i})_{i\在{\mathbb{N}}}\中),\(\varphi=(\varfi_{i})_{i\在{\mathbb{N}}}\中)在以下闭合球中:

$$B_{R}:=\bigl\lbrace\zeta\in\mathfrak{B}^{q,p}_{T} (\gamma)\cap L^{\infty}\bigl([0,T];{L^{2}(\garma)}\bigr),\Vert\zeta\Vert_{\mathfrak{B}^{q,p}_{T} (\gamma)}\leq R\bigr\rbrace$$

使用引理2.12.5,我们可以为所有人写作\((q,p)\ in \mathfrak{J}\)这样的话\(3)\(J\geq2),我们有

$$\开始{aligned}&\bigl\Vert\varLambda[\psi](t,x)\bigr\Vert_{mathfrak{B}^{q,p}_{T} (伽玛)}\\&\quad\leq\kappa(p)\Vert\phi\Vert_{L^{2}(\gamma)}}\\&\qquad\}+\kappa-(p)\ max\bigl(T,T^{1-\frac{3}{J}(\frac{1}{2}-\压裂{2}{p})},T^{1-\压裂{1}{2J}}\biger{乙}_{T} ^{q,p}(\gamma)}。\结束{对齐}$$

现在,因为\(压裂{3}{J}(压裂{1}{2}-\压裂{2}{p})\leq\frac{1}{2J}\),我们让\(R:=2\kappa(p)\|\phi\|_{L^{2}(\gamma)}})

$$T\leq\min\bigl\{1,{\bigl[2\kappa(p)\bigl(1+4\kappa^{2}(p)\Vert\phi\Vert^{2}_{{L^{2}(\gamma)}}+\bigl$$

因此,我们得到

$$\开始{aligned}&\bigl\Vert\varLambda[\psi](t,x)\bigr\Vert_{mathfrak{B}^{q,p}_{T} (伽马)}(&\quad\leq\frac{R}{2}+\kappa(p)T^{1-\压裂{3}{J}(压裂{1}{2}-\裂缝{2}{p})}\bigl(1+4\kappa^{2}(p)\Vert\phi\Vert^{2}_{{L^{2}(\gamma)}}+\bigl(2\kappa(p)\Vert\phi\Vert_{L^}(\ gamma$$

这表明Λ地图\(B_{R}\)融入自身。等效地,

$$\begin{aligned}&&bigl\Vert\varLambda[\psi](t,x)-\varLambda[\varphi](t,x)\bigr\Vert_{\mathfrak{B}^{q,p}_{T} (伽马)}{2}-\压裂{2}{p})},T^{1-\压裂{1}{2J}}\biger)\\&\qquad{}\times\bigl(1+2\Vert\phi\Vert^{2}_{{L^{2}(\gamma)}}+\bigl(\Vert\psi\Vert^{\frac{2}{3}}_{L_{T}^{q,p}(\ gamma}^{q,p}(\gamma)}。\结束{对齐}$$

因此,如果我们现在让

$$T\leq\min\bigl\{1,{\bigl[4\kappa(p)\bigl(1+4\kappa^{2}(p)\垂直\phi\Vert^{2}_{{L^{2}(\gamma)}}+\bigl(2\kappa(p)\Vert\phi\Vert_{L^}(\ gamma$$

那么存在一个常数\(0<\波浪线{\eta}<1\)这样的话

$$\bigl\Vert\varLambda[\psi](t,x)-\varLambda[\varphi](t、x)\bigr\Vert_{mathfrak{B}^{q,p}_{T} (\gamma)}\leq\tilde{\eta}\Vert\psi-\varphi\Vert_{\mathfrak{乙}_{T} ^{q,p}(\gamma)}$$
(7)

我们推断Λ是对\(B_{R}\)。因此,SPS系统在中有一个解决方案\(L^{\infty}([0,T];{L^{2}(\gamma)})\)此外,该解决方案在\(L^{\infty}([0,T];{L^{2}(\gamma)})\cap L^{q,p}_{T} \)为所有人\((q,p)\ in \mathfrak{J}\)这样的话\(3<p\leq6\)解决方案在\(C^{0}([0,T];{L^{2}(\gamma)})\)使用标准参数跟随。最后需要说明的是解的全局存在性,这是引理的一个结果2.2的确,时间\(T>0)上述固定仅取决于\(L^{2}\)初始数据的范数,这是由SPS系统的动力学所保守的。因此,可以重申收缩论点,以涵盖整个实线。

2.2 \(H^{2J}(\gamma)\)解决

在本节中,我们证明了定理的第二部分1.1为此,我们采用加藤方法(参见参考文献[22,23])通过设置定点参数。从这一点开始,我们将使用符号\(C)^{p}_{T} {\bf X}:=C^{p}([0,T];{\bf-X})\),\(升^{p}_{T} {\bf X}:=L^{p}([0,T];{\bf-X})\)\(W^{q,p}_{T} {\bf X}:=W^{q,p}([0,T];{\bf-X})\)对于给定的功能空间\({\bf X}\)。让我们总结一下与运算符关联的以下属性\(U_{J}(t)\).

引理2.6

\(J\geq2),\((q,p)\ in \mathfrak{J}\) \(H^{2J}(\gamma)中的\ zeta\),那么就全部 \(在[0,t]\中) 我们有 \C中的(U_{J}(t)\ zeta\^{0}_{T} 小时^{2J}(伽玛射线) \(U_{J}(t)\zeta\|_{L^{infty}_{T} H(H)^{2J}(\gamma)}\leq\|\zeta\|_{H^{2J{(\gamma){).此外,\C中的(U_{J}(t)\ zeta\^{1}_{T} {L^{2}(\gamma)}\cap W^{1,q}_{T} L(左)^{p} (伽玛射线) 存在一个常数 \(\kappa=:\kappa(p)\) 这样的话 \(U_{J}(t)^{1,q}_{T} L(左)^{p} (\gamma)}\leq\kappa\|\zeta\|_{H^{2J}(\gama)}\).

证明

第一个断言紧跟在\(U_{J}(t)\)在傅立叶变量中。现在,让我们ζ作为方程式的初始数据

$$i\partial_{t}\psi=\sum_{j=1}^{j}(-1)^{j+1}\frac{\alpha(j)\hbar^{2j}}{m^{2j-1}c^{2j-2}}(-\Delta)^{j}\psi$$

那么第二个断言是Strichartz在引理中给出的估计的结果2.1事实上

$$\partial_{t}\psi=\mathrm{i}\sum_{j=1}^{j}(-1)^{j}\frac{\alpha(j)\hbar^{2j}}{m^{2j-1}c^{2j-2}}(-\Delta)^{j}\psi=\mathrm{i}U{j}(t)\sum_{j=1}^{j}(-1){2j}}{m^{2j-1}c^{2j-2}}(-\Delta)^{j}\zeta$$

这就完成了证明。□

这个引理提供了一个估计,它等价于(). 第二次估算的等效值()是以下情况的直接后果。

引理2.7

\(J\geq2),\((q{1},p{1}),(q{2},p2}) \(ζ\in L^{\infty,2}_{T}(\gamma)\) 这样的话 \L^{frac{q_{2}}{q中的(部分t}_{2}-1},\压裂{p{2}}{p_{2}-1}}_{T} (伽玛射线).然后 \L^{infty}中的(\varLambda_{[0,T]}(\zeta)_{T} H(H)^{2J}(\gamma)\cap C^{1}_{T} {L^{2}(\gamma)}\cap W^{1,q_{1}}_{T} 我^{p{1}}(\gamma)

$$\开始{aligned}&\bigl\Vert\varLambda_{[0,T]}(\zeta)\bigr\Vert_{L^{q_{1},p_{1{}}_{T}(\ gamma)}\leq\kappa(p_{1})\Vert\zeta\Vert_}^{1,2}_{T} (\gamma)},\\&\bigl\Vert\partial_{T}\varLambda_{[0,T]}部分{T}\zeta\Vert_{L^{frac{q{2}}{q_{2}-1},\压裂{p{2}}{p_{2}-1}}_{T} (\gamma)},\\&\bigl\Vert(-\Delta)^{J}\varLambda_{[0,T]}(\zeta)\bigr\Vert_{L^{infty,2}_{T}(\ gamma kappa(p_{2})\Vert\partial_{T}\zeta\Vert_{L^{frac{q_2}}{q_{2}-1},\压裂{p{2}}{p_{2}-1}}_{T} (\gamma)}。\结束{对齐}$$

此外,如果 \(C中的\ zeta\^{0}_{T} {L^{2}(\gamma)}\),然后 \C中的(\varLambda_{[0,T]}(\zeta)^{0}_{T} 小时^{2J}(伽玛射线).

证明

证明基于引理中Strichartz的估计2.1的确,第一个断言只是引理中的第二个估计2.1和这对\((1,2)\)作为的共轭\((infty,2)在mathfrak{J}中)为了证明第二个断言,我们观察到

$$\partial_{t}\varLambda_{[0,t]}(\zeta)=\varLampda_{[0,t]{$$

该公式的合理性在于:\(partial_{t}\zeta\in\mathfrak{B}^{primeq_{2},p_{2{}{t}\subset L^{1}_{T} H(H)^{-J}(伽玛射线),因此\(C中的\ zeta\^{0}_{T} H(H)^{-J}(伽玛射线)特别是\(\泽塔(0)\)有道理,实际上它属于\({L^{2}(\gamma)}\).多亏了引理2.1,我们有

$$\bigl\Vert\partial_{t}\varLambda_{[0,t]}_{2}-1},\压裂{p{2}}{p_{2}-1}}_{T} }+\kappa\bigl\Vert\zeta(0)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}}$$

为了证明最后一个断言,我们写

$$(-\Delta)^{J}\varLambda_{[0,T]}(\zeta)=\mathrm{i}\bigl(-\partial_{T}\varLambda_}[0,T_}(\ zeta)+\zeta\bigr)$$

这个公式是由上述相同的论点证明的,因此我们有\((-\Delta)^{J}\varLambda_{[0,T]}(\zeta)\in L^{infty,2}_{T}(\ gamma)\),然后立即使用第二个断言进行期望的估计。□

现在,我们有了\(\mathfrak{C}(\psi)+\mathbrak{P}(\fsi)-\mathfrak{S}(.psi):H^{2J}(gamma)\rightarrow L^{2})因此,很容易看出存在\(0\leq s<2J)这样的话\(在C^{0}(H^{S}(\gamma),{L^{2}(\ gamma例如,如果我们修复\(第1页),我们有

$$开始{对齐}和\bigl\Vert\mathfrak{C}伽玛)}}\leq2\Vert\nabla\psi\Vert_{L^{2}(\gamma)}}\ Vert\psi\ Vert^{2}_{{L^{2}(\gamma)}}\leq2\Vert\psi\Vert^{3}_{H^{s}(\gamma)},\\&\bigl\Vert\mathfrak{s}{H^{s}(\gamma)}。\结束{对齐}$$
(8)

那就是,\(\mathfrak{C}(\psi)+\mathbrak{P}(\ psi)-\mathfrak{S}(\fsi)\in L^{infty,2}_{T}(gamma)\)为所有人\(在L^{infty}中为\psi\_{T} H(H)^{s} (\伽玛)\)此外,还有一个连续函数\(eta:\mathbb{R}^{star}_{+}\rightarrow\mathbb{R}^{star{{+}\)这样,对于每一个\(在L^{infty}中为\psi\_{T} H(H)^{s} (伽玛射线)令人满意的\(\|\psi\|_{L^{infty}_{T} H(H)^{s} (伽玛射线)}\leq K\),我们有

$$\bigl\Vert\mathfrak{C}(\psi)+\mathfrak{P}(\fsi)-\mathbrak{S}(.psi)\bigr\Vert_{L^{infty,2}_{T}(\ gamma)}\leq\eta(K)$$
(9)

让我们写\(\mathfrak{C}=\mathbrak{C}(C)_{1} +\mathfrak(+\马特拉克){C}(C)_{2}\),相当于\(\mathfrak{P}\)关于\(\压裂{1}{x|}\)。然后我们有以下内容。

引理2.8

\(T>0),\(3<\bar{p}\leq6\),\(2<\波浪号{p}<6\), , 这样的话 \((\bar{q},\bar{p}).然后,为所有人 \(在L^{infty}中为\psi\_{T} H(H)^{s} (伽玛射线) 这样的话 \(\|\psi\|_{L^{infty}_{T} H(H)^{s} (伽玛射线)}\leq K\) \(在L^{{bar{q}},\bar{p}}{t}(\gamma)\cap L_{t}^{infty,2}(\ gamma,我们有

$$\开始{aligned}&\bigl\Vert\partial_{t}\mathfrak{C}(C)_{1} (磅/平方英寸)\bigr\垂直^{1,2}_{T} (\gamma)}\leq\kappa T\Vert\partial_{T}\psi\Vert_{L^{infty,2}_{T}(\gama)},\\&\bigl\Vert_partial_{T}\ mathfrak{C}(C)_{2} (\psi)\bigr\Vert_{L^{\frac{\bar{q}}{\bar}-1},\frac}\bar{p}}{\bar{p} -1个}}_{T} (伽马)}\leq\kappa T^{1-\压裂{3}{J}(压裂{1}{2}-\frac{1}{\bar{p}})}\Vert\partial_{t}\psi\Vert_{L^{\bar{q}}、\bar{p}}_{t}(\gamma)}、\\&&\bigl\Vert\partial_{t}\mathfrak{P}(P)_{1} (\psi)\bigr\Vert_{L^{1,2}_{T} (\gamma)}\leq\kappa K^{2}T\Vert\partial_{T}\psi\Vert_{L^{infty,2}_{T}(\gama)}{P}(P)_{2} (\psi)\bigr\Vert_{L^{\frac{\bar{q}}{\bar}-1},\frac}\bar{p}}{\bar{p} -1个}}(伽马)}\leq\kappa K^{2}T^{1-\压裂{3}{J}(压裂{1}{2}-\压裂{1}{\bar{p}}{q} -1个},\frac{\tilde{p}}{\tilde{p} -1个}}(伽马)}\leq\kappa K^{\frac{2}{3}}T^{1-\frac}{2J}(\frac[1}{2}-\压裂{1}{\波浪线{p}})}\Vert\partial_{t}\psi\Vert_{L_{t}^{infty,2}(\gamma)}。\结束{对齐}$$

证明

多亏了Lemmas2.32.5,如果\(H^{2J}(伽马)中的\psi,\varphi)这样的话\(\|\psi\|_{H^{s}(\gamma)}那么,对所有人来说\(3<\bar{p}\leq6\)\(2<\波浪线{p}<6\)我们有

$$\开始{对齐}&&bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{1} (\psi)-\mathfrak{C}(C)_{1} (\varphi)\bigr\Vert_{{L^{2}(\gamma{C}(C)_{2} (\psi)-\mathfrak{C}(C)_{2} (\varphi)\bigr\Vert_{L^{\frac{\bar{p}}{\bar{p} -1个}}(\gamma)}\leq\kappa\Vert\varPsi\Vert_{L^{\bar{p}}(\gama)},\\&\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{1} (\psi)-\mathfrak{P}(P)_{1} (\varphi)\bigr\Vert_{{L^{2}(\gamma{P}(P)_{2} (\psi)-\mathfrak{P}(P)_{2} (\varphi)\bigr\Vert_{L^{\frac{\bar{p}}{\bar{p} -1个}}(\gamma)}\leq\kappa K^{2}\Vert\varPsi\Vert_{L^{\bar{p}}(\gamma)},\\&&\bigl\Vert\mathfrak{S}(\psi)-\mathfrak{S}(\varphi)\bigr\Vert_{L^{\frac{\tilde{p}}{p} -1个}}(\gamma)}\leq\kappa K^{\frac{2}{3}}\Vert\varPsi\Vert_{L^{2}(\gama)}}。\结束{对齐}$$

因此,由于[23],我们有

$$\开始{aligned}&\bigl\Vert\partial_{t}\mathfrak{C}(C)_{1} (\psi)\bigr\Vert_{L^{1,2}_{T} (\gamma)}\leq\kappa\Vert\partial_{T}\psi\Vert_{L^{1,2}_{T} (\gamma)},\\&\bigl\Vert\partial_{T}\mathfrak{P}(P)_{1} (\psi)\bigr\Vert_{L^{1,2}_{T} (\gamma)}\leq\kappa K^{2}\Vert\partial_{T}\psi\Vert_{L^{1,2}_{T} (\gamma)},\\&\bigl\Vert\partial_{T}\mathfrak{C}(C)_{2} (\psi)\bigr\Vert_{L^{\frac{\bar{q}}{\bar}-1},\frac}\bar{p}}{\bar{p} -1个}}_{T} (\gamma)}\leq\kappa\Vert\partial_{T}\psi\Vert_{L^{\frac{\bar{q}}{\bar}-1},\bar{p}}_{T}(\gama)}{P}(P)_{2} (\psi)\bigr\Vert_{L^{\frac{\bar{q}}{\bar}-1},\frac}\bar{p}}{\bar{p} -1个}}(\gamma)}\leq\kappa K^{2}\Vert\partial_{t}\psi\Vert_{L_{t}^{\frac{\bar{q}}{\bar{q}-1},\bar{p}}(\gama)},\\&\bigl\Vert\pertial_}\mathfrak{S}(\fsi)){q} -1个},\frac{\tilde{p}}{\tilde{p} -1个}}(\gamma)}\leq\kappa K^{\frac{2}{3}}\Vert\partial_{t}\psi\Vert_{L_{t}^{\ frac{\ tilde{q}}{\ tilde{q} -1个},2}(\gamma)}。\结束{对齐}$$

最后,及时应用霍尔德不等式完成了证明。□

接下来,我们设置一个不动点参数并完成定理的证明1.1首先,观察SPS系统(1)和Duhamel配方(2)是等效的。的确,让我们\(在L^{infty}中为\psi\_{T} H(H)^{s} (\伽玛)\),然后\L^{infty}_{T}H^{s-2J}(\gamma)中的((-\Delta)^{J}\psi\自从\((-\Delta)^{J}\psi\in\mathcal{L}(H^{s},H^{s-2J})此外,对于所有人\(T>0),\(\mathfrak{C}(\psi)+\mathbrak{P}(\ psi)-\mathfrak{S}(\fsi):I\rightarrow{L^{2}(gamma)}\)可测量,因为\(在C^{0}(H^{S}(\gamma),{L^{2}(\ gamma并且有界,因为它在有界集上有界,因此\(\mathfrak{C}(\psi)+\mathbrak{P}(\ psi)-\mathfrak{S}(\fsi)\in L^{infty,2}_{T}(gamma)\)因此,公式(1)和(2)定义明确\({L^{2}(\gamma)}\)。等效性使用以下事实\(((U_{J}(t))_{t\in\mathbb{R}}\)是上的一组等角线\({L^{2}(\gamma)}\).

\(0\leq s<2J)这三个估计(8)保持正确,并且\((q,p)\ in \mathfrak{J}\)这样的话\(p=\max\{\bar{p},\波浪线{p}\}\)引理的2.8此外,让\(T,K>0)之后固定,并引入空间

$$\begin{aligned}\mathcal{L}(\gamma):={}&&bigl\lbrace\psi\ in L_{T}^{\infty}H^{s}(\gamma)\cap W^{1,\infty}_{T}{L^{2}(\gamma)}\cap W^{1,q}_{T} L(左)^{r} (\gamma)\text{这样}\\&{}\Vert\psi\Vert_{L_{T}^{\infty}H^{s}(\gama)}+\Vert\psi\Verd_{W^{1,\infty}_{T{L^{2}(\ gamma^{1,q}_{T} L(左)^{r} (\gamma)}\leq K\text{和}\psi(0)=\phi\bigr\rbrace。\结束{对齐}$$

请注意\(\mathcal{L}(\gamma)\neq\varnothing\)为所有人\(伽马>0)自从\(psi(t)=\varphi\ in \mathcal{L}\)还有那个\((\mathcal{L},d)\)当被赋予距离时是一个完整的度量空间\(d(\psi,\varphi)=\|\psi-\varphi\|_{\mathfrak{乙}_{T} ^{q,p}}\)。多亏了(8)尤其是(9),我们看到了\(\varLambda_{[0,T]}(\mathfrak{C}(\fsi)+\mathbrak{P}(.psi)+\ mathfrak{S}(/psi))(T,x)\)属于\(C)^{0}_{T} {L^{2}(\gamma)}\),因此它被很好地定义了。现在,由于霍尔德的不平等,如果\(\psi\in\mathcal{L}(\gamma)\),然后\(在W^{1,\bar{q}}中为\psi\_{T} L(左)^{\bar{p}}(\gamma)\)的确,

$$\开始{aligned}\Vert\psi\Vert_{W^{1,\bar{q}}_{T} L(左)^{\bar{p}}(\gamma)}=&\bigl(\Vert\psi\Vert^{2}_{L_{T}^{\bar{q},\bar{p}}(\gamma)}+\Vert\partial_{T}\psi\Vert^{2}_{L_{T}^{\bar{q},\bar{p}}(\gamma)}\biger)^{\frac{1}{2}\\leq&\bigl(\Vert\psi\Vert^{2\frac{2(p-\bar{p2})}{\bar}(p-2)}}_{L{T},2}(\ gamma{p} -2个)}{\bar{p}(p-2)}}_{L_{T}^{q,p}{p} -2个)}{\bar{p}(p-2)}}_{L_{T}^{q,p}{p} -2个)}{\bar{p}(p-2)}}_{L_{T}^{q,p},(\gamma)}+\Vert\partial_{T}\psi\Vert^{2\frac{p(\bar{p} -2个)}{\bar{p}(p-2)}_{L_{T}^{q,p}(γ)}\bigr)^{\frac{1}{2}}\leq K ^{\frac{2(p-\bar{p})}{\bar{p}(p-2)}K ^{\frac{p(\bar{p} -2个)}{\bar{p}(p-2)}}=K.结束{对齐}$$

带引理2.8,我们得出以下估计:

$$\开始{aligned}&\bigl\Vert\partial_{t}\mathfrak{C}(C)_{1} (磅/平方英寸)\bigr\垂直^{1,2}_{T} (\gamma)}\leq\kappa K T,\qquad\bigl\Vert\partial_{T}\mathfrak{C}(C)_{2} (\psi)\bigr\Vert_{L^{\frac{\bar{q}}{\bar}-1},\frac}\bar{p}}{\bar{p} -1个}}_{T} (伽马)}\leq\kappa K^{1-\压裂{3}{J}(压裂{1}{2}-\frac{1}{\bar{p}})},\\&&\bigl\Vert\partial_{t}\mathfrak{P}(P)_{1} (\psi)\bigr\Vert_{L^{1,2}_{T} (\gamma)}\leq\kappa K^{3}T,\qquad\bigl\Vert\partial_{T}\mathfrak{P}(P)_{2} (\psi)\bigr\Vert_{L^{\frac{\bar{q}}{\bar}-1},\frac}\bar{p}}{\bar{p} -1个}}(\gamma)}\leq\kappa K^{3}T^{1-\frac{3}{J}(\frac{1}{2}-\裂缝{1}{\bar{p}})},\\&\|\partial{t}\mathfrak{S}(\psi)){q} -1个},\frac{\tilde{p}}{\tilde{p} -1个}}(伽马)}\leq\kappa K^{\frac{5}{3}}T^{1-\frac}{2J}(\frac[1}{2}-\frac{1}{\tilde{p}})}。\结束{对齐}$$

接下来,使用(9)用引理的第一个估计2.7,我们得到了一个常数的存在性κ̃独立于KT型这样的话

$$\bigl\Vert\varLambda_{[0,T]}\bigl(\mathfrak{C}(\psi)+\mathfrak{P}(\ psi)+\ mathfrak{S}(\fsi)\biger)\bigr\Vert_{L_{T}^{infty,2}(gamma)}\leq\tilde{\kappa}T\eta(K)$$
(10)

引理的其他估计2.7向大家展示\(\varLambda_{[0,T]}(\mathfrak{C}(.psi)+\mathbrak{P}(_psi)+\ mathfrak{S}(-psi))在L^{infty}_{T}H^{2J}(gamma)\cap W中^{1,l}_{T} L(左)^{m} (伽玛射线)为所有人\(\psi\in\mathcal{L}(\gamma)\)和所有配对\((l,m)\ in \ mathfrak{J}\)此外,使用Lemma2.7和估计(9)–(10),我们获得(通过可能选择更大的κ̃)

$$\begin{aligned}和\bigl\Vert\varLambda_{[0,T]}\bigl(\mathfrak{C}(\psi)+\mathfrak{P}(\fsi)+\mathfrak}S}(\ psi)\bigr \Vert_{W^{1,\infty}_{T} L(左)^{2} (\gamma)}\\&\qquad{}+\bigl\Vert\varLambda_{[0,T]}\bigl^{1,q}_{T} L(左)^{p} (\gamma)}\\&\quad\leq\tilde{\kappa}\bigl(T\eta(K)+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{2} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{2} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}\\&\qquad{}+\bigl\Vert\mathfrak{S}{2}-\裂缝{1}{\bar{p}})}\bigr]+K^{\frac{5}{3}}T^{1-\frac}{2J}(\frac[1}{2}-\frac{1}{\tilde{p}})}\bigr),\end{aligned}$$

$$\开始{aligned}&\bigl\Vert\varLambda_{[0,T]}\bigl(\mathfrak{C}(\psi)+\mathfrak{P}(\fsi)+\mathfrak}S}(\ psi)\bigr \Vert_{L^{infty}_{T} H(H)^{2} (\gamma)}\&&\quad\leq\tilde{\kappa}\bigl([1+T]\eta(K)+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{2} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{2} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}\\&\qquad{}+\bigl\Vert\mathfrak{S}{2}-\裂缝{1}{\bar{p}})}\bigr]+K^{\frac{5}{3}}T^{1-\frac}{2J}(\frac[1}{2}-\裂缝{1}{\tilde{p}})}\biger)。\结束{对齐}$$

将这些估计与引理结合起来2.6和(10),我们获得(通过可能选择较大的κ̃)

$$\begin{aligned}和\bigl\Vert\varLambda[\psi]\bigr\Vert_{L_{T}^{infty,2}(\gamma)}\leq\tilde{\kappa}\bigl(T\eta(K)+\Vert\phi\Vert_{H^{2J}(\ gamma$$
(11)
$$\开始{aligned}&\bigl\Vert\varLambda[\psi]\bigr\Vert_{W^{1,\infty}_{T} L(左)^{2} (\gamma)}+\bigl\Vert\varLambda[\psi]\bigr\Vert_{W^{1,q}_{T} L(左)^{p} (\gamma)}\\&\quad\leq\tilde{\kappa}\bigl(\Vert\phi\Vert_{H^{2J}(\gama)}+T\eta(K)+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}\\&\qquad{}+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{2} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{2} (\ phi)\ bigr\ Vert _{L^{2}(\ gamma)}+\ bigl\ Vert\mathfrak{S}(\ phi)\ bigr\ Vert _{L^{2}(\ gamma)}\&&\ qquad{}+\ bigl[K+K^{3}\ bigr]\ bigl[T+T^{1-\ frac{3}{J}(\ frac{1}{2}-\裂缝{1}{\bar{p}})}\bigr]+K^{\frac{5}{3}}T^{1-\frac}{2J}(\frac[1}{2}-\裂缝{1}{\tilde{p}})}\biger)。\结束{对齐}$$
(12)

也,

$$\开始{aligned}\bigl\Vert\varLambda[\psi]\bigr\Vert_{L^{infty}_{T} H(H)^{2} (\gamma)}\leq{}&\tilde{\kappa}\bigl(\Vert\phi\Vert_{H^{2J}(\garma)}+[1+T]\eta(K)+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{2} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}\\&{}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{2} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{S}{2}-\裂缝{1}{\bar{p}})}\bigr]+K^{\frac{5}{3}}T^{1-\frac}{2J}(\frac[1}{2}-\裂缝{1}{\tilde{p}})}\biger)。\结束{对齐}$$
(13)

接下来,我们选择K在里面\(\mathcal{L}(\gamma)\)这样的话

$$\开始{对齐}K={}&4\波浪线{\kappa}\bigl(\Vert\phi\Vert_{H^{2J}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{C}(C)_{2} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}\\&{}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{1} (\phi)\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{P}(P)_{2} (\phi)\bigr\Vert _{L^{2}(\gamma)}+\bigl\Vert\mathfrak{S}(\phi)\bigr\Vert _{L^{2}(\gamma)}\bigr),\end{aligned}$$

$$T<\min\bigl\lbrace 1,\bigl[K\bigl(4\tilde{\kappa}\bigl(\eta(K)+K+K^{3}+K^}{5}{3}\biger)\bigr)^{-1}\bigr]^{\frac{2J\bar{p}}{(2J-3)+6}\biger\rbrace$$

因此,使用(12)我们获得

$$\开始{aligned}\bigl\Vert\varLambda[\psi]\bigr\Vert_{W^{1,\infty}_{T} L(左)^{2} (\gamma)}+\bigl\Vert\varLambda[\psi]\bigr\Vert_{W^{1,q}_{T} L(左)^{p} (伽马)}<\压裂{1}{2}K。\结束{对齐}$$

最后,使用插值不等式\(\|\psi\|_{H^{s}(\gamma)}\leq\|\psi \|^{压裂{2-s}{2}}{L^{2}(\ gamma和估算(11)和(13),并可能选择T型更小,我们得到

$$\bigl\Vert\varLambda[\psi]\bigr\Vert_{L^{infty}_{T} H(H)^{s} (伽马)}<压裂{1}{2}K$$

特别是,功能Λ地图\(\mathcal{L}(\gamma)\)融入自身。对SPS系统的非线性项的估计进行轻微修改表明,可以选择T型可能更小,以显示映射Λ是完整度量的严格收缩\((\mathcal{L}(\gamma),d)\)因此,我们可以推断不动点的存在性\(\psi\in\mathcal{L}(\gamma)\)解决系统(1)使用初始数据\(在H^{2J}(伽马)中为φ).引理2.6和引理2.7允许人们推断\(磅/平方英寸(t,x)\单位:C^{0}_{T} H(H)^{2J}(\gamma)\cap C^{1}_{T} L(左)^{2} (伽玛射线)。为此,技术要点是表明\(\ mathfrak{C}(\ psi)+\ mathfrak{P}(\ psi)-\mathfrak{S}(\ psi)\在C中^{0}_{T} L(左)^{2} (伽玛射线)。这可以通过观察\(单位:C)^{0}_{T} L(左)^{2} (\伽玛)\)和使用(13)以获得\(在L^{infty}中为\psi\_{T} H(H)^{2J}(伽玛射线)最后,前面使用的插值不等式导致\(单位:C)^{0}_{T} H(H)^{s} (伽玛射线),因此\(\mathfrak{C}(\psi)+\mathbrak{P}(\ psi)-\mathfrak{S}(\fsi)\ C^{0}_{T} L(左)^{2} (伽玛射线)自从\(C(H^{S}(\gamma),L^{2}(\ gamma。注意\(单位:W)^{1,l}_{T} L(左)^{m} (伽玛射线)适用于所有配对\((l,m)\in\mathfrak{J}\),并且解决方案的唯一性很容易通过使用差分参数来实现(该证明与显示映射的证明具有相同的精神Λ是一个严格的缩写)。爆破替代方案和对初始数据的持续依赖性可以用标准参数来表示,我们指的是,例如[23]. 最后,请注意T型取决于J型,第页,,K,还有那个K仅取决于初始数据,因此可以重复该参数(使用初始数据\(psi(T)、psi(2T)、ldots))并覆盖整个实数,从而完成定理的证明1.1.

2.3 \(H^{J}(\gamma)\)解决

推论的证明1.2可以使用基于定理的限制过程来实现1.1事实上,我们在\(H^{J}(\gamma)\)作为解序列的极限\(H^{2J}(\gamma)\).证明是标准的,我们跳过它并参考[23]类似参数(另请参见[20]). 关键是要显示ψ在里面\(H^{J}(\gamma)\),这是以下原因的结果。

引理2.9

\(T>0) \(φ=(\phi_{i})_{i\在{\mathbb{N}}中) 中的一组初始数据 \(H^{2J}(\gamma)\) \(\psi(t)=({\psi_{i}(t)}){i\在{\mathbb{N}}}中) SPS系统的相关解决方案.然后,为所有人 \(在[0,t]\中),我们有

$$\开始{aligned}\mathcal{电子}_{J} (\psi):=&-\sum_{k\ in{\mathbb{N}}}\sum_{J=0}^{J}(-1)^{J}\frac{\alpha \vert^{2}\,dx+c_{c}\int_{\mathbb{R}^{3}}\frac{\rho{\psi}(t,x)}{\vertx\vert}\,d\&{}+frac{1}{2} c(c)_{p} \int_{\mathbb{R}^{3}}\ int_{\ mathbb}R}^}}\frac{\rho{\psi}(t,x)\rho_{\psi.}(t,y)}{\vertx-y\vert}\,dx,dy-\frac}3}{4} c(c)_{s} \int_{\mathbb{R}^{3}}\rho^{\frac{4}{3}{{psi}(t,x)\,dx=\mathcal{电子}_{J} (\phi)。\结束{对齐}$$

证明

证据是标准的。高阶算子和Slater项并没有带来任何新的困难,我们请读者参考[18]对于Hartree和Hartree–Fock案件的明确证明,以及[15,24]有关更一般设置中的证明(另请参见[25]对于伪相对论情况,即当动力学算符由\(\sqrt{-\alpha^{2}\Delta_{x_{i}}+\alpha ^{-4}}\)哪里\(阿尔法>0)表示索末菲精细结构常数)。□

表示存在一个常数\(\|\psi\|_{L^{infty}_{T} H(H)^{J} (\gamma)}\leq C\)为所有人\(T>0),我们需要控制能量的动力学部分,这显然取决于J型为此,我们需要以下Gagliardo–Nirenberg不等式:

$$\开始{aligned}\bigl\Vert(-\Delta)^{\frac{s}{2}}\psi\bigr\Vert_{L^{2}(\gamma)}}\leq\eta\bigl\ Vert(-\Delta{J}}_{L^{2}(\gamma)}}。\结束{对齐}$$
(14)

因此,只关注动能部分的主导项就足够了,即\((-1)^{J+1}\压裂{\alpha(J)\hbar^{2J}}{m^{2J-1}c^{2J2}}}\|\三角洲^{压裂{J}{2}}\psi\|_{L^{2}(\gamma)}}\)。让我们假设J型很奇怪。然后,使用(14)质量守恒和估计

$$开始{aligned}&\int_{mathbb{R}^{3}}\rho^{frac{4}{3}{{psi}(t,x)$$

我们推断,自\(J>\压裂{3}{8}\).因此\(在L^{infty}中为\psi\_{T} H(H)^{J} (\伽玛)\)现在,假设J型是偶数,然后再次使用(14)质量守恒和估计

$$开始{aligned}和\int_{mathbb{R}^{3}}\frac{rho{psi}(x)}{vertx\vert}\,dx\leq\vert\psi\vert^{2}_{{L ^{2}(\ gamma)}}+\Vert\psi\Vert_{L ^{2}(\ gamma)}\Vert\psi\Vert_{L ^{\frac{8}{3}}(\ gamma)}\leq\Vert\psi\Vert^{2}_{{L^{2}(\gamma)}}+\Vert\psi\Vert_{H^{\frac{3}{8}}(\ gamma psi\Vert^{\压裂{4}{3}}_{{L^{2}(\gamma)}}\Vert\psi\Vert^{8}{3{}_{L^}\frac{8}{3}{(\gamma){leq\kappa\Vert\psi}_{{L^{2}(\gamma)}}\Vert\psi\Vert^{\frac{8}{3}}_{H^{\frac{3}{8}}(\ gamma$$

我们推断,动力学部分的主导项支配着势部分。因此\(在L^{infty}中为\psi\_{T} 小时^{J} (\伽玛)\).

缩写

SPS:

薛定谔-泊松-斯莱特

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致谢

作者感谢匿名审稿人的评论和对原稿的仔细阅读。

数据和材料的可用性

不适用。

基金

作者感谢法赫德国王石油矿产大学科学研究院长通过SR171003号项目为这项工作提供资金支持。

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Trabelsi,S.高阶Schrödinger–Poisson–Slater系统的正态性。边界值问题 2018, 181 (2018). https://doi.org/10.1186/s13661-018-1102-z

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