Comportamento assintótico de soluções de alguns problemas elípticos em espaços de Orlicz-Sobolev
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Olimpio Hiroshi Miyagaki
Luiz Fernando de Oliveira Faria
Ronaldo Brasileiro Assunção
Hamilton Prado Bueno
Luiz Fernando de Oliveira Faria
Ronaldo Brasileiro Assunção
Hamilton Prado Bueno
Resumo
Seja Ω um domínio limitado e suave de RN e, para cada n ∈ N, seja Φn uma N-função da forma
Φ n(t) = Z0t sφn(s) ds
em que φn : R → R é uma função par satisfazendo propriedades adicionais. Na primeira parte
deste trabalho estudamos o comportamento assintótico, quando n → ∞, de un ∈ W01,Φn(Ω),
solução de um problema singular da forma
8>><>>:
−∆Φnu = Λn f(x)
uα
em Ω,
u > 0 em Ω,
u = 0 sobre ∂Ω,
(1)
em que 0 ≤ α ≤ 1, f é uma função não negativa, não trivial em L1(Ω), e Λn é uma constante
positiva.
No Capítulo 1, mostramos que o problema singular (1) tem uma única solução fraca un ∈
W 1,Φn
0 (Ω) no caso em que Λn = 1 e 0 ≤ α ≤ 1.
No Capítulo 2, exploramos o fato de que un é o minimizador global do funcional energia
Jn
(u) := ZΩ Φn(|∇u|) dx − ZΩ f (uun)α dx, un ∈ W01,Φn(Ω),
para provar que
lim
n→∞
un = d uniformemente em Ω,
em que d denota a função distância até a fonteira ∂Ω.
No Capítulo 3, provamos que, para 0 ≤ α < 1, o funcional modular t 7→ ZΩ Φn(|∇u|) dx, sob
a restrição ZΩ f|u|1−α dx = 1, admite um minimizador positivo un ∈ W01,Φn(Ω) que é solução fraca de (1) com Λn = ZΩ φn(|∇un|)|∇un|2 dx. Além disso, provamos que
lim
n→∞
un = ε−1d uniformemente em Ω,
em que ε = ZΩ fd1−α dx, e também que
lim
n→∞
(Λn)n1 = lim
n→∞ ZΩ Φn(|∇un|) dx
1n
= γ1(ε),
em que a função γ1 : [0, ∞) → [0, ∞) é deinida por
γ1(t) := lim
n→∞
(φ0n(t))
1n
, se t > 0, e γ1(0) = 0.
Para provar esses resultados de convergência mostramos que: γ1 é contínua, estritamente
crescente e sobrejetiva; as sequências (Λn)n1 e ZΩ Φn(|∇un|) dx
1n
convergem para o mesmo
número positivo Λ∞; e un converge uniformemente para uma função u∞ ∈ C0(Ω) ∩ W1,∞(Ω)
que é solução de viscosidade da equação
min{−∆∞u, γ1(|∇u|) − Λ∞} = 0.
Então, concluímos que Λ∞ = γ1(ε) e u∞ = ε−1d.
Na segunda parte deste trabalho, desenvolvida no Capítulo 4, estudamos o comportamento
assintótico dos minimizadores do quociente do tipo Rayleigh k∇ kvvkkΨΦjl , em que (Φl) e (Ψj) são
sequências de N-funções. Provamos que, a menos de subsequências, o minimizador de k∇·k k·kΨΦjl
converge, quando j → ∞, para o minimizador de k∇·k k·k∞Φl , o qual, por sua vez, converge, quando
l → ∞, para o minimizador w∞ do quociente tipo Rayleigh k∇·k k·k∞∞ . Além disso, mostramos que
w∞ é a solução de viscosidade
Abstract
Let Ω be a bounded, smooth domain of R
N and, for each n ∈ N, let Φn be an Nfunction of the form
Φn(t) = Z t
0
sφn(s) ds
where φn : R → R is an even function satisfying additional properties.
In the first part of this work we study the asymptotic behavior, as n → ∞, of un ∈
W
1,Φn
0
(Ω), solution of a singular problem
−∆Φn u = Λn
f(x)
u
α
in Ω,
u > 0 in Ω,
u = 0 on ∂Ω,
(2)
where 0 ≤ α ≤ 1, f is a nonnegative, nontrivial function in L
1
(Ω) and Λn is a positive
constant.
In Chapter 1, we prove that, if Λn = 1, then problem (2) has a unique weak solution
un ∈ W
1,Φn
0
(Ω), for any 0 ≤ α ≤ 1.
In Chapter 2 we show that un is the global minimizer of the energy functional
Jn(u) := Z
Ω
Φn(|∇u|) dx −
Z
Ω
f
u
(un)
α
dx, un ∈ W
1,Φn
0
(Ω),
and exploit this fact to prove that
limn→∞
un = d uniformly in Ω,
where d denotes the distance function to the boundary ∂Ω.
In Chapter 3 we consider the modular functional t 7→
Z
Ω
Φn(|∇u|) dx, under the
constraint Z
Ω
f|u|
1−α
dx = 1. In the case 0 ≤ α < 1, we prove that it admits a positive
minimizer un ∈ W
1,Φn
0
(Ω) which solves (2) with Λn =
Z
Ω
φn(|∇un|)|∇un|
2
dx. Moreover,
we prove that limn→∞ un = ε
−1d, uniformly in Ω, where ε =
R
Ω
f d1−α dx. Furthermore,
we also show that
limn→∞
(Λn)
1
n = limn→∞ Z
Ω
Φn(|∇un|) dx
1
n
= γ1(ε),
where the function γ1 : [0, ∞) → [0,∞) is defined by
γ1(t) := limn→∞
(φ
0
n
(t))
1
n , if t > 0, and γ1(0) = 0.
v
In order to prove these convergences, we show that γ1 is continuous, strictly increasing
and onto. We also consider the sequences (Λn)
1
n and Z
Ω
Φn(|∇un|) dx
1
n
and prove that
they both converge to a positive number Λ∞. Considering the sequence of solutions un,
we prove that it converges uniformly to a function u∞ ∈ C0(Ω) ∩ W1,∞(Ω), which solves
the equation
min{−∆∞u, γ1(|∇u|) − Λ∞} = 0
in the viscosity sense. We conclude that Λ∞ = γ1(ε) and u∞ = ε
−1d.
In the second part of this work, exposed in Chapter 4, we study the asymptotic
behavior of the minimizers of the Rayleigh-type quotient k∇vkΦl
kvkΨj
, where (Φl) and (Ψj ) are
sequences of N-functions. We prove that, up to subsequences, the minimizer of k∇·kΦl
k·kΨj
converges, as j → ∞, to the minimizer of the quotient k∇·kΦl
k·k∞
. On its turn, this quotient
converges, as l → ∞, to the minimizer w∞ of the Rayleigh-type quotient k∇·k∞
k·k∞
. We show
that w∞ is the viscosity solution of
∆∞
u
k∇uk∞
= 0 em D := Ω \ {x?},
u
kuk∞
= d sobre ∂D = Ω ∪ {x?},
where x? ∈ Ω satisfies w∞(x?) = kw∞k∞ = 1 and d(x?) = kdk∞.
Assunto
Matemática – Teses., Expansões assintótica – Teses., Equações diferenciais parciais – Teses., Operador laplaciano – Teses., Perturbação (Matematica) – Teses., Soluções de viscosidade – Teses.
Palavras-chave
Comportamento assintótico, N-função, Φ-Laplaciano, problema singular, solução de viscosidade