Các trạng thái ổn định dương của một phương trình vô định với điều kiện biên phi tuyến: sự tồn tại, số lượng, tính ổn định và các cấu hình tiệm cận

Springer Science and Business Media LLC - Tập 55 - Trang 1-47 - 2016
Humberto Ramos Quoirin1, Kenichiro Umezu2
1Universidad de Santiago de Chile, Santiago, Chile
2Department of Mathematics, Faculty of Education, Ibaraki University, Mito, Japan

Tóm tắt

Chúng tôi nghiên cứu các trạng thái ổn định dương của một phương trình phản ứng - khuếch tán siêu tuyến tính vô định phát sinh từ động lực học quần thể, kết hợp với một điều kiện biên phi tuyến. Cả phương trình và điều kiện biên đều phụ thuộc vào một tham số dương $$\lambda$$, mà tỷ lệ nghịch với tốc độ khuếch tán. Chúng tôi thiết lập một số kết quả về số lượng khi tốc độ khuếch tán lớn và phân tích các cấu hình tiệm cận cũng như các thuộc tính ổn định của những trạng thái ổn định này khi tốc độ khuếch tán tiến tới vô cùng. Đặc biệt, các kết quả của chúng tôi cho thấy trong một số trường hợp xảy ra hiện tượng phân nhánh từ zero và từ vô cùng tại $$\lambda =0$$. Phương pháp của chúng tôi kết hợp các kỹ thuật biến phân và phân nhánh.

Từ khóa

#phương trình phản ứng - khuếch tán #trạng thái ổn định dương #điều kiện biên phi tuyến #phân nhánh #độ ổn định

Tài liệu tham khảo

Agmon, S., Douglis, A., Nirenberg, L.: Estimates near the boundary for solutions of elliptic partial differential equations satisfying general boundary conditions. I. Commun. Pure Appl. Math. 12, 623–727 (1959) Alama, S., Tarantello, G.: On semilinear elliptic equations with indefinite nonlinearities. Calc. Var. Partial. Differ. Equ. 1, 439–475 (1993) Ambrosetti, A., Brezis, H., Cerami, G.: Combined effects of concave and convex nonlinearities in some elliptic problems. J. Funct. Anal. 122, 519–543 (1994) Bandle, C., Pozio, M.A., Tesei, A.: Existence and uniqueness of solutions of nonlinear Neumann problems. Math. Z. 199, 257–278 (1988) Berestycki, H., Capuzzo-Dolcetta, I., Nirenberg, L.: Superlinear indefinite elliptic problems and nonlinear Liouville theorems. Topol. Methods Nonlinear Anal. 4, 59–78 (1994) Berestycki, H., Capuzzo-Dolcetta, I., Nirenberg, L.: Variational methods for indefinite superlinear homogeneous elliptic problems. NoDEA Nonlinear Differ. Equ. Appl. 2, 553–572 (1995) Brezis, H.: Functional Analysis. Sobolev Spaces and Partial Differential Equations. Universitext. Springer, New York (2011) Brown, K.J.: Local and global bifurcation results for a semilinear boundary value problem. J. Differ. Equ. 239, 296–310 (2007) Brown, K.J., Hess, P.: Stability and uniqueness of positive solutions for a semi-linear elliptic boundary value problem. Differ. Integral Equ. 3, 201–207 (1990) Brown, K.J., Lin, S.S.: On the existence of positive eigenfunctions for an eigenvalue problem with indefinite weight function. J. Math. Anal. Appl. 75, 112–120 (1980) Brown, K.J., Zhang, Y.: The Nehari manifold for a semilinear elliptic equation with a sign-changing weight function. J. Differ. Equ. 193, 481–499 (2003) Cantrell, R.S., Cosner, C.: Spatial ecology via reaction-diffusion equations, Wiley Series in Mathematical and Computational Biology. John Wiley & Sons Ltd, Chichester (2003) Chipot, M., Fila, M., Quittner, P.: Stationary solutions, blow up and convergence to stationary solutions for semilinear parabolic equations with nonlinear boundary conditions. Acta. Math. Univ. Comen. 60, 35–103 (1991) Fleming, W.H.: A selection-migration model in population genetics. J. Math. Biol. 2, 219–233 (1975) García-Melián, J., Morales-Rodrigo, C., Rossi, J.D., Suárez, A.: Nonnegative solutions to an elliptic problem with nonlinear absorption and a nonlinear incoming flux on the boundary. Ann. Mat. Pura Appl. (4) 187, 459–486 (2008) García-Melián, J., Rossi, J.D., Sabina de Lis, J.C.: Existence and uniqueness of positive solutions to elliptic problems with sublinear mixed boundary conditions. Commun. Contemp. Math. 11, 585–613 (2009) Gilbarg, D., Trudinger, N.S.: Elliptic Partial Differential Equations of Second Order, 2nd edn. Springer, Berlin (1983) Gómez-Reñasco, R., López-Gómez, J.: The effect of varying coefficients on the dynamics of a class of superlinear indefinite reaction-diffusion equations. J. Differ. Equ. 167, 36–72 (2000) López-Gómez, J.: On the existence of positive solutions for some indefinite superlinear elliptic problems. Commun. Partial Differ. Equ. 22, 1787–1804 (1997) López-Gómez, J., Márquez, V., Wolanski, N.: Dynamic behavior of positive solutions to reaction-diffusion problems with nonlinear absorption through the boundary. Rev. Un. Mat. Argentina 38, 196–209 (1993) Morales-Rodrigo, C., Suárez, A.: Some Elliptic Problems with Nonlinear Boundary Conditions, Spectral Theory and Nonlinear Analysis with Applications to Spatial Ecology. World Scientific Publishing, Hackensack, pp. 175–199 (2005) Ouyang, T.: On the positive solutions of semilinear equations \(\Delta u+\lambda u+hu^p=0\) on compact manifolds. II. Indiana Univ. Math. J. 40, 1083–1141 (1991) Ramos Quoirin, H., Umezu, K.: The effects of indefinite nonlinear boundary conditions on the structure of the positive solutions set of a logistic equation. J. Differ. Equ. 257, 3935–3977 (2014) Ramos Quoirin, H., Umezu, K.: Bifurcation for a logistic elliptic equation with nonlinear boundary conditions: a limiting case. J. Math. Anal. Appl. 428, 1265–1285 (2015) Rossi, J.D.: Elliptic Problems with Nonlinear Boundary Conditions and The Sobolev Trace Theorem, Stationary Partial Differential Equations, vol. II, Handb. Differ. Equ., Elsevier/North-Holland, Amsterdam, pp. 311–406 (2005) Stampacchia, G.: Problemi al contorno ellitici, con dati discontinui, dotati di soluzionie hölderiane. Ann. Mat. Pura Appl. (4) 51, 1–37 (1960) Stavrakakis, N.M.: Global bifurcation results for semilinear elliptic equations on \({\mathbf{R}}^N\): the Fredholm case. J. Differ. Equ. 142, 97–122 (1998) Umezu, K.: Bifurcation approach to a logistic elliptic equation with a homogeneous incoming flux boundary condition. J. Differ. Equ. 252, 1146–1168 (2012) Umezu, K.: Global structure of supercritical bifurcation with turning points for the logistic elliptic equation with nonlinear boundary conditions. Nonlinear Anal. 89, 250–266 (2013) Vázquez, J.L.: A strong maximum principle for some quasilinear elliptic equations. Appl. Math. Optim. 12, 191–202 (1984) Wu, T.-F.: A semilinear elliptic problem involving nonlinear boundary condition and sign-changing potential. Electron. J. Differ. Equ. 131, 15 (2006)