關於調和函式的一些性質

2022-08-25 10:03:14 字數 1696 閱讀 4356

以下均為10年前討論的一些內容,或者更早一些。

問題1.考慮調和函式  $-\delta u=0\ \ \mbox\ \ r^n$,  $n\geq2$, 且$u(x)\geq -(1+|x|)^$ in $r^n$, 其中$\alpha\in(0,1)$, 證明: $u$必為常數。

證明:(1) 考慮直接對$u-\inf\limits_}u$在$b_r$上使用harnack 不等式,則

$$\sup_}u-\inf_}u\leq c(u(0)-\inf_}u).$$

那麼$$\sup_}u\leq c|u(0)|+(1-c)\inf_}u\leq c|u(0)|+(c-1)(1+2r)^,$$

這樣就有  

$$\sup_}|u|\leq c|u(0)|+c(1+2r)^$$

最後用調和函式的梯度內估計就可以得到結論了。

(2)第二種方法是利用平均值公式推導梯度估計的方法,並結合積分中值定理即可知道$\nabla u \equiv 0$. 具體細節見  oleinik的《偏微分方程講義》,當然本問題還可以推廣控制的階數。

(3) 受極小曲面的bdg估計的啟發(因為對於極小曲面方程可以提相同的問題,見e.guisti的book),調和函式也可以有類似的梯度估計(見林芳華,韓青的橢圓方程講義的第一章lemma1.11, 考慮 $u(x)-\inf_ u$, 即先用平均值公式,再用散度定理,最後用平均值公式),即 對任意的$x_0\in r^n$, $r>0$, 可以做估計:

$$|\nabla u(x_0)| \leq \frac (u(x_0)-\inf_ u) , $$

這樣問題也類似的迎刃而解。

問題2.考慮二維情形的 全平面 下調和函式 上有界,則必為常數。具體如下:

$$u\in c^2(r^2),\ \ \ -\delta u\leq0\ \ in \ \ r^2, \sup\limits_u=0, \ \ then\ \ u\equiv 0. $$

證明:  第一種情形:如果$u(0)=0$, 由強極值原理可知結論成立。

第二種情形:如果$u(0)=-m<0$,以下證明 這不可能發生。

由連續性可知,存在$\delta>0$使得, $\forall\  |x|\leq \delta,\ \ u(x)\leq -\frac<0$, 然後在外部考慮使用基本解構造的閘函式。 對任意的$\epsilon>0$, 取

$$v_(x)=-\frac+\epsilon \ln(\frac),$$

由比較定理容易知道 $u\leq v_$ in $\.$

最後令 $\epsilon\rightarrow0+$可知,  

$$u\leq -\frac   \mbox   \.$$

這樣就會有  $u\leq -\frac$ in $r^2$,  這與假設$\sup\limits_ u=0$相矛盾。q.e.d.

問題3. 考慮調和函式  $-\delta u=0\ \ \in\ \ r^n$,  $n\geq2$, 且$u(x)\in l^p(r^n)$, $p>0$,則$u\equiv 0$.

證明: $p\geq 1$時,只需要用均值公式和holder不等式,至於其他情形可考慮內插或者直接使用moser迭代的區域性極值原理。 q.e.d.

問題4. 關於有界調和的可去奇性的問題。引入capacity來描述,並利用haussdorff測度來直觀判定。

問題5. 關於有界調和的孤立點奇性的bocher定理。

問題4、5是值得深究的,它們可以推廣到其他橢圓、拋物方程上去。

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