1. 引言
Choquard方程首先于1976年被P. Choquard提出,也被称为非线性的Schrodinger-Newton方程[1],Choquard方程在量子力学、统计物理和凝聚态物理中有着重要的应用[2]-[4],因此研究Choquard方程解的存在性结果与非存在性结果有着重要的意义。
在过去的几年中,移动平面法对于证明椭圆方程正解的非存在性结果的证明[5]-[7],起到了很大的作用。传统的移动平面法的工具是椭圆方程的最大值原理,但是由于Choquard方程卷积项的影响,直接应用最大值原理面临极大的困难,因为非局部项的影响以及非线性项仅仅是连续的,因此不能直接应用通常的最大值原理,所以我们用积分不等式代替最大值原理,目前这种方法已经广泛应用于椭圆方程的移动平面法[8] [9]。在最近一篇论文[10]中,给出了全空间Choquard方程
(1.1)
非平凡正解的非存在性,其中p满足
。从椭圆方程先验界的角度来看,为了用爆破方法得到有界区域上的方程解的先验界,通常需要全空间上的Liouville型定理和半空间上的Liouville型定理,因此本文参考一篇[11]的做法,给全空间增加边界条件,在此条件下得到半空间解的性质,同样给Choquard方程加上边界条件,有
(1.2)
接下来我们有定理1.1成立,其中证明过程在2、3章给出。
定理1.1 假定u是方程(1.2)的非负弱解,
,满足
时,那么有
。
接下来的章节给出定理1.1证明,我们证明的主要思路是,先利用经过Kelvin变换后方程(1.2)的解在无穷远处衰减的性质,得到解与其对称点的大小关系,这是为了得出强极值原理效果一样的不等式关系。再利用移动平面法,得出解关于平行于
轴的每一个平面都是对称的性质。最后把解代入方程,得到所要证明的结论。
2. 准备工作与积分不等式
如前所述,由于卷积的影响,直接对方程(1.2)应用移动平面法存在较大的困难,为此我们先把方程化为微分方程与积分方程组成的方程组。我们定义
(2.1)
那么由(2.1)的定义得方程(1.2)等价于下面的方程
(2.2)
我们最终的目标是方程组(2.2)的每一个解,关于平行于
轴的每一个平面都是对称的,由于我们无法排除卷积项的影响,因此不能直接应用移动平面法。我们对u,m,n做Kelvin变换,利用它们在无穷远点的衰减性,得到经过Kelvin变换后u,m,n的对称性。下面我们先定义u,m,n的Kelvin变换。对任意的
,我们定义u,m,n在xp点的Kelvin变换为
不失一般性地假设xp = 0。直接计算可知,Kelvin变换以后的函数v,w,z满足下面的方程组
(2.3)
有了Kelvin变换以后,我们再引入移动平面过程中要用到的一些记号。假定
,我们记
对任意的
,我们记
为
关于平面
的平面对称点,即
引理2.1 对任意的
,我们记
存在一个大于p的数
,那么对任意的
以及
,我们有下面的不等式
(2.4)
以及
(2.5)
我们只证明不等式(2.4),不等式(2.5)的证明是类似的。首先,我们有等式
(2.6)
以及
(2.7)
成立,由于有等式
且
成立,再通过上面两个方程可以得到
(2.8)
一方面,如果
,我们有
,那么我们有
。于是
(2.9)
另一方面,如果
,那么我们有
(2.10)
因此,我们由方程(2.8)和不等式(2.9)、(2.10)得到不等式(2.4)。不等式(2.5)的证明与不等式(2.4)的证明类似,因此我们省略。
引理2.2在定理1.1的假设下,对于任意
,函数
,其中
为临界Sobolev指数。此外,存在关于
单调递减的常数
,使得下面不等式成立
(2.11)
证明:首先,因为
,所以存在
,使得
,其中
。因此,我们由
的定义以及它在无穷远点的衰减性得
其次,为了处理
在原点的可能奇性,我们需要作适当的截断。为此,我们选取下面的径向截断函数
,且它满足
此外,我们还要求当
的时候,
。当
的时候,
。容易验证,满足上面条件的截断函数是存在的。
有了上面的截断函数以后,我们定义
以及
,那么我们由截断函数的定义可知,函数
和
在
内是有定义的。同时,通过一个简单的计算可知
有了上面的准备工作以后,我们有下面的估计
(2.12)
其中
。
我们断言,当
时,
。我们定义两个区域
那么有
同理,
因此,由Holder不等式和
,我们得到,当
时,
接下来我们先估计不等式(2.12)的第一部分,方程为下式

简化方程,我们记
|为
,一方面
时,
另一方面
时,
接下来我们对于这两个不等式分别进行估计,由
的取值范围我们得到
且
,再由
的系数和
的单调递减性和在无穷远处的衰减性,结合HLS不等式,可以得到一个关于
递减的常数
,使得下面两个估计成立
(2.13)
代入(2.4),得到估计
(2.14)
接下来我们再估计不等式(2.12)的第二部分
相同的方法下,我们同样有
(2.15)
和
(2.16)
将(2.13),(2.14),(2.15),(2.16)代入(2.12),由Sobolev不等式及Sobolev迹不等式可得
(2.17)
3. 定理1.1的证明
有了上面替代极大值不等式的估计后,我们接下来使用移动平面法。
引理3.1在定理1.1的假设下,存在常数
,使得对任意的
,都有
成立。
证明:我们用引理2.1与引理2.2来证明我们的结果,由衰减性可知,存在充分大的
,使得当
的时候,下面的不等式成立:
(3.1)
将这一不等式代入引理2.2就得到,对任意的
,都有
。再把这一结果代入引理2.1就得到
以及
,都有
以及
。
下面我们从右至左移动平面
,假定这一过程在
的地方停止。即按照下面的方式定义
:
引理3.2 如果
,那么有
以及
。
证明:我们用反证法来证明这个引理。如果
或
,那么我们断言平面
可以向左边再移动一点点,即存在
,使得对任意的
以及
,都有
以及
,这与
的定义矛盾,因此反设不成立,即引理得证。我们由
无穷远处的衰减性和引理2.2得到存在
,使得
都有
成立。
定理1.1的证明假定u,m,n是方程(2.1),(2.2)的非负弱解,满足定理1.1中的假设,那么对任意的
,如果我们记v,w,z是u,m,n在p点的Kelvin变换,那么u,m,n关于任意经过p点且平行于
轴的平面对称。
我们只需证明v,w,z关垂直于
轴上的N−1个平面对称,不失一般性设这个平面为过原点且垂直于
轴,继续引理3.1和引理3.2的步骤,若
,得到对称,若
,从左向右移动这个平面得到
,若
,由引理3.2可得
为替换后的
,得到对称,若
,得到
关于这个平面对称点
有下面性质
,与
得到的
性质可得对称。
我们得到u,m只依赖于
,n为常数,得到下面方程组
(3.2)
得到u关于
是凹函数,且u关于
单调递减,u必然为常数c,否则u关于
严格单调递减那么由它的凹性可知,当N充分大的时候,
,这与u的非负性矛盾,证得
,由方程又可得
,证明完毕。