1. 引言
测度链理论是由数学家Hilger提出的一新的分析理论,统一了离散分析与连续分析。测度链理论在昆虫种群模型、热传导、神经网络等方面有广泛应用。对于测度链上二阶动力方程边值问题正解存在性的研究,最早是由Erbe和Peterson于1999年最早开始研究,到目前已有许多成果出现,如文献 [1] [2] ,近年来,受到一些生态问题的影响,对微分方程变号解存在性问题的研究逐渐引起关注,如文献 [3] - [5] ,但是,目前还很少有研究测度链上边值问题变号解的存在性。
受文献 [4] - [9] 的启发,利用格结构下的不动点定理,研究了一类测度链上动力方程两点边值问题,我们先研究相应的线性算子的特征值的性质,在假设非线性项满足次线性条件下,得到边值问题(1)存在三个非平凡解:一个正解,一个负解和一个变号解。与文献 [1] [2] [10] 相比,本文采用的方法更新颖,所得的结论补充和改进了 [1] [2] [10] 中的结论。
2. 预备知识
设是Banach空间中的锥。中的半序由锥导出。若存在常数,使得,则称是正规锥。如果含有内点,即的内部,则称是体锥 [9] [11] 。
在半序下成为一个格,即对任意的,和都存在。对,,,分别称为的正部与负部,称为是的模 [7] [9] 。显然,,,,。
为了文中叙述方便,使用下列符号:,于是,,。
下面给出文中需要的定义和引理。
定义2.1:定义算子,
且满足。
设是上的拓扑空间,。若对任意,存在使得
则称在上可微,记作,的二阶导记作,。我们定义函数。
引理2.1:假设,则,
i) 若在点可微,则在点连续;
ii) 若,并且在点连续,则在点可微;
iii) 若可微,则可微,且
;
iv) 若是上的连续函数,那么存在原函数,且;
。
定义2.2 [7] [9] :设,是一个非线性算子。如果存在,使得,,则称是格结构下的拟可加算子。
引理2.2 [7] [9] :设是Banach空间,是中的正规体锥,全连续算子,并且是格结构下的拟可加算子。又设
i) 存在正有界线性算子,的谱半径,以及使得
ii) 存在正有界线性算子,的谱半径,以及使得
iii),在的Frećhet导数存在,1不是的特征值,并且的对应于区间的所有特征值的代数重数和是非零偶数,,。则算子至少有三个非零不动点,其中至少有一个正不动点,一个负不动点和一个变号不动点。
3. 主要结果
令是的特解,并满足边值条件
引理3.1:存在常数使得。
证明:定义,由引理2.1可知
,
因此,。证毕。
令,具有范数,可知,是Banach空间。令,则是的正规体锥,且在导出的半序下成为一个格 [4] - [6] 。
对任意,令
定义算子
(2)
(3)
记,显然,,边值问题(1)的解等价于算子存在不动点。
引理3.2 [10] :线性算子的的特征值是
且线性算子的所有正特征值的代数重数和为1。
为了应用方便,在本文中假设下列条件成立。
(H1):连续,,且;
(H2):,满足,其中按引理3.1定义;
(H3):存在,使得
其中按引理3.1定义。
引理3.3:i) 算子是全连续算子;
ii) 算子是全连续算子;
iii)是格结构下的拟可加算子。
证明:由文献 [5] [12] 可得i) ii)成立,由文献 [7] [9] 易得iii)成立。
定理3.1:设(H1),(H2),(H3)成立,则边值问题(1)至少存在三个非平凡解,其中至少一个正解,一个负解和一个变号解。
证明:由(H3)知,存在,使得
从而有
(4)
(5)
其中,。记,则。令,由引理3.3可知,是正有界线性算子,由引理3.2及谱半径定义得,
因此,,由(4)式可知,对,有
(6)
由(5)式知,对,有
(7)
由(6)和(7)两式知,引理2.2中的(i),(ii)成立。
由(H1)中的可以推出。由(H2)知,,使得
则
因此
故
即
。其中是由(3)式定义的。由引理3.2可知是线性算子的特征值,则的特征值为,因为,从而1不是的特征值。令为的对应于区间的所有特征值的代数重数和,则是偶数。
由于,易得
(8)
由(8)式知,
(9)
由(H1)知,。因此,
(10)
从而由(9) (10)知
于是引理2.2中的(iii)成立,由引理2.2可知,边值问题(1)至少存在三个非平凡解,其中至少一个正解,一个负解和一个变号解。
参考文献