1. 引言及主要结果
考虑下面的一阶拟线性双曲组
  (1.1)
其中 
  是变量 
  的未知向量函数,而 
  是元素适当光滑的 
  矩阵,非齐次项 
  是元素适当光滑的向量函数。由双曲性可知,对所考虑范围上任一给定的u值, 
  有n个实的特征值 
  和一个完备的左(右)特征向量组。对于 
 ,令 
  (相应地, 
  )是对应于 
  的左(相应地,右)特征向量:
 
有
 
不失一般性,假设在所考虑的范围上
  (1.2)
 
其中 
  是Kronecker符号。
在方程组是严格双曲的假设下,早期利用弱线性退化的概念,李大潜、周忆和孔德兴在 [1] [2] 中,对方程组(1.1)具一定衰减性的小C1初值的Cauchy问题给出了C1解的整体存在性和破裂现象的结果。之后,这些结果又被推广到具有常重特征的非严格双曲组的情况( [3] 及 [4] ),这里所有的常重特征均为或均假设为线性退化的。其后,王利彬在不加重特征是线性退化的限制下,对具有一定衰减性的小C1初值的Cauchy问题解决了C1解的破裂问题( [5] )。本文在王利彬的基础上,将齐次项改为非齐次项 
 ,考虑当 
  且满足匹配条件时,对上面的Cauchy问题,其C1解在有限时间内的奇性形成问题。
在本文中,对于具常重特征的双曲组(1.1)恒假设所有 
  及 
  均与 
  有同样的正规性。
不失一般性,设在 
  的某个邻域内成立
  (1.3)
其中 
 。当 
  时,方程组(1.1)是严格双曲的;当 
  时,方程组(1.1)是具常重特征 
  的非严格双曲组。
为了简练,本文不再赘述弱线性退化,标准坐标和匹配条件的概念(看 [6] )。
考虑方程组(1.1)具如下初值
  (1.4)
的Cauchy问题,其中 
  是一个小参数。本文的主要结果是:
定理1.1:设方程组(1.1)是非严格双曲组,(1.3)式成立,且在 
  的某个邻域中,A是适当光滑的,进一步假设 
  满足匹配条件且系统(1.1)不是弱线性退化的,且
 
其中 
  的定义见 [2] 。最后假设 
  且满足
  (1.5)
其中 
 。 
  是一个常数,令
 
如果存在 
 ,使得
 
那么一定存在适当小的 
 ,使得对任意给定的 
 ,Cauchy问题(1.1)和(1.4)的C1解 
  的一阶偏导数 
  必在有限时间内破裂且生命跨度 
  满足
 
其中
  (1.6)
  的定义见 [2] 。
2. 预备知识
令
  (2.1)
由(1.2)易知
  (2.2)
令
 
表示沿第i特征关于t的方向导数,有(参见 [6] )
 
然后,在广义的标准坐标下,易得
  (2.3)
其中
 
 
 
显然
  (2.4)
  (2.5)
  (2.6)
而且,由(2.2)和(2.3),有
 
其中
  (2.7)
另一方面,有
  (2.8)
其中
 
 
其中 
  表示在前面各项中交换j与k后所得的项。
  (2.9)
因此,
  (2.10)
  (2.11)
  (2.12)
  (2.13)
而且,由(2.2)和(2.8),有
 
其中
 
再由(1.3)有
 
在标准坐标下,初始条件(1.4)可以写作(参见 [2] )
  (2.14)
其中
  (2.15)
  (2.16)
而且,根据 [7] 中的注2.4.1可以选取一个适当的标准坐标,使得
 
因此,有
 
接下来,将给出本文所要用到的两个重要引理(证明见 [8] 或 [9] )。
引理2.1:假设 
  是常微分方程
  (2.17)
在区间 
  上的 
  解,其中T是给定的正数, 
  是 
  上的连续函数,且
 
令
  (2.18)
如果
 
那么
 
引理2.2:假设 
  是 
  上的连续函数,令
 
且K如(2.18)所定义。如果
 
且有
 
 
那么(2.17)连同初值 
  在 
  上有唯一的解 
 。
且如果 
 ,则
 
如果 
 ,则
 
3. 定理1.1的证明
不失一般性,定理1.1的证明将在标准化坐标下进行,且与 [2] 中类似,可以假设
  (3.1)
由(1.3)知,存在适当小的正常数 
  及 
 ,使得
  (3.2)
  (3.3)
  (3.4)
先假设在 
  解 
  的任一存在域上,恒成立
  (3.5)
在引理3.3的证明最后,将解释此假设的合理性。对任意给定的 
 ,令
 
 
 
 
对 
 ,令
 
由(3.1)~(3.3),当 
  适当小时,有
 
 
 
令
 
 
 
 
 
 
 
 
其中
 
 
 
其中 
  表示在 
  上的任一第j特征。
 
 
由 
  及 
  的定义容易得到(参见 [2] )。
引理3.1:对于 
 ,在区域 
  上成立
 
 
其中c和C是不依赖于T的正常数。
引理3.2:假设(3.1)成立, 
 ,满足(1.5),且在 
  的一个邻域内, 
 。那么一定存在适当小的 
 ,使得对于任意给定的 
 ,对于Cauchy问题(1.1)及(1.4)的 
  解 
 ,在其任一给定的存在区域 
  (其中 
  )上,存在不依赖于 
  及T的正常数 
  和 
  使得下面的一致先验估计式成立:
 
 
引理3.3:在定理1.1的假设下,在标准坐标下,一定存在适当小的 
 ,使得对于任意给定的 
 ,对Cauchy问题(1.1)和(1.4)的 
  解 
 ,在其任一给定的存在区域 
  上,存在不依赖于 
  及T的正常数 
  使得下面的一致先验估计式成立:
  (3.6)
  (3.7)
  (3.8)
  (3.9)
  (3.10)
其中
 
 
而且
  (3.11)
  (3.12)
证明:先估计 
 。在 
  上任作一条第j特征 
  交 
  的边界于点P1与点P2 (当 
  时, 
  ;当 
  时, 
  )。过原点作第i特征交 
  于点P0。设点P1,P2及P0的t坐标分别为 
  及 
 。过P1作第i特征交直线 
  于点 
 ,过P2作第i特征交直线 
  于点 
 。有
 
为了估计 
 ,在区域P1A1OP0上用Stokes公式,就得到
  (3.13)
由(3.2)~(3.3)及(3.5),并注意到(2.9)~(2.12)及引理3.1~3.2,可得
 
今后c是不依赖于 
  和T的正常数。同时,对 
  有类似的估计式。这样得到
 
类似的,有
 
下面估计 
 。当 
  时,过任意给定的点 
  作第i特征交直线 
  于点 
 ,沿该特征从 
  到t积分(2.8),得
  (3.14)
由引理3.2,有
  (3.15)
另一方面,由(2.10)和(3.5),并利用引理3.1,有
  (3.16)
由(3.4),有
 
再由 
  的定义并注意到 
 ,易得
 
于是从(3.14)~(3.16),并应用引理3.1,就得到
 
当 
  时,由(2.10),类似地可得
 
然后得到
 
类似地,有
 
现在来估计 
  和 
 。类似于(3.13),由(2.4)~(2.7)我们有
 
类似地可以估计 
 ,因此得到
 
类似地,有
 
而且,对于任意给定的点 
 ,有
 
其中 
  位于直线 
  上。于是,由(3.5)和引理3.1,并利用引理3.2易得:当 
  时,成立
 
因此,得到
 
由 
 。对于适当小的 
 ,恒成立
 
这说明了假设(3.5)的合理性。利用连续归纳假设即证(3.6)~(3.10)。
最后,证明 
 。过任意给定的点 
 ,作第i特征 
  交 
  的边界之一于点 
 。沿该特征从 
  到t积分(2.8),得到
 
注意到引理(3.1)~(3.2),和
 
对任意固定的点 
 ,有
 
由引理3.2和(3.11),并应用连续归纳假设,就能立即得到(3.12)。引理3.3得证。
注3.1:由(3.9)和(3.12),当 
  适当小时,Cauchy问题(1.1)和(1.4)在 
  上存在唯一的 
  解 
 ,其中T满足(3.11)。因此我们得到了 
  解 
  的生命跨度的下界
 
下面证明定理1.1。
显然,为了证明定理1.1,只要证明
  (3.17)
及
  (3.18)
其中 
  由(1.6)定义。
接下来,将在标准坐标下考虑问题,并且假设 
  是适当小的。
先来证明(3.17)。由注3.1,对于任意固定的 
 ,Cauchy问题(1.1)和(1.4)在区域 
  上存在唯一的 
  解 
 ,其中
  (3.19)
 
先假设成立
  (3.20)
并将在证明的最后说明此假设的合理性。
由(1.5)和(1.6)知,存在 
  和 
  使得
 
令
 
不妨设 
 ,且
 
过 
  作第m特征 
 。由 
  的定义知,该特征一定在有限时间 
  进入 
  并从此落在其中(参见 [2] )。在 
  解的存在区域上,由(2.8)沿该特征有
  (3.21)
其中
  (3.22)
由(3.19),得到
  (3.23)
由(2.4)~(2.6),并应用引理3.1~3.3,沿 
  积分(2.3)
  (3.24)
由(2.14)~(2.15),得到
  (3.25)
另一方面,在 
  解 
  的存在域 
  上,由Hadamard公式和引理3.3,沿着 
 ,有
  (3.26)
而且,由(2.13)并由 
  及 
  的定义,有
  (3.27)
然后,应用(3.9),并由(3.25)~(3.26)得到
  (3.28)
其中 
 。
因此,对于适当小的 
 ,有
 
应用Hadamard公式和引理3.3,得到
  (3.29)
与(3.24)类似,应用引理3.2~3.3,并且由(3.23),有
  (3.30)
注意到(2.16),由(3.29)~(3.30),得
  (3.31)
对于适当小的 
 ,有
 
应用引理3.3,易得
  (3.32)
 
然后,有
  (3.33)
则
  (3.34)
对常微分方程(3.21)具初值
 
的Cauchy问题应用引理2.1,得到
 
因此,由(3.28),(3.31)~(3.34),易得,存在不依赖于 
  和T的正常数 
 ,使得
 
其中
 
因此,当 
  适当小时,成立
 
这就说明了假设(3.20)的合理性。
现在来证明(3.18)。只需证明对于任意给定的正常数 
 ,成立
  (3.35)
为了证明这个,只需在任意给定的区域 
  上建立有关Cauchy问题(1.1)和(1.4)的解的 
  范数的一致先验估计:
  (3.36)
由引理3.2~3.3,有
 
 
因此,下面估计 
 ,仅估计 
 ,其他的情况可类似地估计出来。
沿着穿过x-轴上任意固定的点 
  的m阶特征 
 ,仍然有(3.21)成立,其中 
 。可假设
 
(否则,用 
  代替 
  )。
下面首先估计 
 ,其中T满足(3.36)。应用(3.27)并注意到(3.9)和(3.25),由(3.22)得
 
那么,由(2.1),(2.14),(2.16),得到
  (3.37)
而且,正如上面指出的, 
  一定在一个独立于 
  的有限时间 
  时进入 
  并在这之后就在其中。那么,对于适当小的 
 ,由(3.36)并应用Hadamard公式和引理3.2~3.3,有
 
而且,有
  (3.38)
  (3.39)
  (3.40)
及
  (3.41)
因此,由 
  的定义及(3.37)并应用(3.40)~(3.41),对于适当小的 
 ,有
  (3.42)
因此,由(3.38)~(3.42),应用引理2.2,可以得到
 
因为y是任意的,于是有
 
那些 
  的情形可以被类似的证明。
那么,注意到(2.2),最终得到
 
因此,对于任意正常数 
 ,Cauchy问题(1.1)和(1.4)在区域 
  上存在唯一解。这意味着当 
  适当小时,(3.35)成立,这就证明了(3.18)。定理1.1证毕。
致谢
本文是在导师徐玉梅副教授的悉心指导下完成的,徐老师不仅传授知识,悉心指导论文需要注意的地方,对本篇论文的推导提供了很多的帮助,而且其对学术的不懈追求激励着我不断进取。
同时,作者衷心地感谢李傅山、王培合等各位老师的精心指导和帮助,在课上,两位老师传授了很多偏微分方向的知识,拓宽了自己的知识面,掌握了解决问题的一些基本方法。
最后,还要感谢同专业的同学对我的帮助,在我感到迷茫的时候,经过反复的讨论交流,给了我很多的启发。