1. 引言
本文研究分数阶一类抛物方程在Fourier-Besov-Morrey空间的适定性
(1)
其中
表示速度场,算子
是傅里叶乘子其符号为
。Leray [1]和Kato [2]以及多位研究者对局部存在性进行研究、Leray [1]和Hopf [3]研究了弱解的全局存在性、Fujita和Kato [4]在临界Sobolev空间
,Cannone [5]在当
的空间
,Kato [6]在Lebesgue空间
,Koch和Tataru [7]。在空间
以及Cannone [5]在空间
中都对小初始数据(初值)强解的适定性问题进行研究。Lei-Lin [7]研究了一个新空间
此空间包含于
中且等价于Fourier-Herz空间
[3]。他们证明了当初值
且
,分数阶Navier-Stokes系统存在全局温和解,当
时,解唯一。Cannone和Wu [3]给出在临界Fourier-Herz空间
中小初值时解的全局适定性,且
,存在唯一温
和解。由
空间的定义可知,其包含了一些经典的空间。例如
。由Fourier-Besov-Morrey空间
定义及性质,以及Navier-Stokes方程在Fourier-Besov空间
内的研究。例如Cannone和Wu在Fourier-Herz研究了在空间
中的情况、肖伟良和陈杰成研究了分数阶Navier-Stokes方程在
空间中的情况,由定义可知
。拓展了新思路,本文研究当
超临界情况下广义的Navier-Stokes方程,其中
。本文的结果拓展了[8]和[9]的结果,用
表示经典的齐次Besov空间,C表示常数,在不同的地方可以取不同值,
表示存在常数
,使得
,
是
的共轭,满足
,当
。当
时在临界空间
内可保证解
的伸缩不变形。
2. 预备知识和主要结论
本论文证明主要依靠傅里叶变换的二进制分割,也称为齐次Littlewood-Paley分解,下面我们将简要说明。首先对
空间进行分割。
假设
,
满足
其中
且
是所有多项式的集合,
表示缓增空间。对
,齐次二元块
与齐次低频截止算子
定义为
其中
,
。
定义2.1 若
,
,Morrey空间
定义为函数
的集合
(2)
其中
表示
中以
为中心,
为半径的球。空间
是一个巴拿赫空间。
当
且
时,有
↪
且
。若
,且
,有
且
,由Hölder不等式得
类似的,当
且
,对
且
,可得
(3)
定义2.2 若
,
,
且
,则
空间定义为
其中
定义为
空间
表示空间
的拓扑对偶空间。
定义2.3 若
,齐次Fourier-Besov-Morrey空间
定义为
(4)
当
时,适当修改。当
空间赋予范数(4)时,则为巴拿赫空间。
定义2.4 若
。对
定义时空范数为
其中
表示分布在
中且范数有限的集合。
定义2.5 若
,齐次Fourier-Besov空间
定义为

其中
当
时Cannone和Wu引入Fourier-Herz空间
[3],其范数为
有
。
由Lei and Lin [7]引入了空间
并且得到
。
引理2.1 [10] 若
。当
,
,
,
,则
引理2.2 [10] 导数
是一个由
到
的有界算子。
引理2.3 [10] 若
,
是一多重指标。若,则存在与f和j无关的常数C > 0,使得
(5)
定理2.1 若
,对
满足
且
,则存在一个常数
,使得(1)有唯一的全局温和解u,
并且满足
注记2.1 其中Fourier-Besov-Morrey空间与
的选择无关,并且与经典的Besov-Morrey空间相比选择此空间为研究空间优势在于,该空间可以不使用Bernstein不等式,可直接通过Hölder's不等式估计双线性仿积。
注记2.2 Fourier-Besov-Morrey空间
对方程(1)是关键的,若
,
则
。设
,有
则说明
由于
则
3. 定理证明
首先,考虑非齐次线性分数阶方程
(6)
有以下结论。
引理3.1 [10] 若
,当
且
,则柯西问题(6)的解
满足
命题3.1 若
,设
其范数为
存在一个常数
与
有关,使得
(7)
证明. 首先引入一些标准逻辑算子,设
利用Bony’s仿积分解与quasi-orthogonality性质对Littlewood-Paley分解,固定j,有
则
(8)
由Morrey空间的Young’s不等式(3)和引理2.3当
时,可以得到
等式两端同时乘以
并且取
模,可得到
(9)
同理可得,第二部分可得
(10)
估计第三部分
,设
由Morrey空间的Young’s不等式(3)和引理2.3当
时,可得到
对等式两端同时取
的范数,当
时,
,由Hölder’s不等式,可得
由
,有
且
↪
,则
(11)
由(8),(9),(10),(11)联立可得等式(7)成立。
引理3.2 设
为Banach空间,
是一个有界线性算子,对
,存在一个常数
使得
。若
且
使得
,方程
存在一个解
且
。
是球
内唯一解。此外,该解
对
是连续依赖的。
即当
,
,
,则
。
定理2.1证明. 由引理3.2可知当确初值很小时,该函数是一个向量场,其范数是三个分量范数之和。因此对方程(1)由常数变易法可得
(12)
当
且
时,
是热方程(6)的解。当
由引理3.1和当
,
由命题3.1可得
由引理3.2知,当
,其中
时,方程(12)在
内存在唯一解。当
且
时,
是耗散方程(6)的解。所以,由定理3.1有
因此,若
,其中
,则方程(13)存在唯一解
,并且满足