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of the Non-critical Caffarelli-Kohn-Nirenberg type inequalities by a linearization method

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Academic year: 2021

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(1)

On the Symmetry Breaking

of the Non-critical Caffarelli-Kohn-Nirenberg type inequalities by a linearization method

堀内 利郎

;

茨城大学理学部

( [email protected])

本講演では非臨界な

CKN

型不等式の最良定数を決定する変分問題の極値関数の「対称性の崩れ」に関す る報告をする。先ず参考文献

[2]

に従い非臨界及び臨界

CKN

型不等式の比較的詳しい紹介から始める。

1 CKN 型不等式の導入

ここでは

CKN

不等式の記述するのに3つのパラメーター

p, q

γ

を用いる。

1 p q < , γ R \ { 0 } . (1.1)

γ > 0

γ < 0

の場合をそれぞれ優臨界と劣臨界と呼び、合わせて非臨界と呼ぶ。一方、

γ = 0

臨界と言われる。

Definition 1.1. α R, R 1

として

I

α

(x) = I

α

( | x | ) = 1

| x |

nα

for x R

n

\{ 0 } , (1.2) A

1,R

(x) = A

1,R

( | x | ) = log R

| x | for x B

1

\{ 0 } , (1.3)

と定める。0

< α < n

のとき,

I

α

α

Riesz kernel

と言われる.

このとき、

CKN

型不等式は最良定数を

S

p,q;γ

C

p,q;R とし

,

次のようになる。

γ 6 = 0

のとき

Rn

|∇ u(x) |

p

I

p(1+γ)

(x)dx S

p,q;γ

(∫

Rn

| u(x) |

q

I

(x)dx )

p/q

, (1.4)

γ = 0

のとき

B1

|∇ u(x) |

p

I

p

(x)dx C

p,q;R

(∫

B1

| u(x) |

q

I

0

(x) A

1,R

(x)

1+q/p0

dx

)

p/q

. (1.5)

ただし、

S

p,q;γ

= inf

u∈C0(Rn)\{0}

Rn

|∇ u(x) |

p

I

p(1+γ)

(x)dx (∫

Rn

| u(x) |

q

I

(x)dx

)

p/q

(1.6)

C

p,q;R

= inf

u∈C0(Rn)\{0}

Rn

|∇ u(x) |

p

I

p

(x)dx (∫

B1

| u(x) |

q

I

0

(x) A

1,R

(x)

1+q/p0

dx

)

p/q

.

(1.7)

S

radp,q;γ

C

radp,q;Rで 球対称な関数空間

C

0

(R

n

)

radにおける最良定数を表す事にする。

2 非臨界 CKN- 型不等式について

Definition 2.1. 1 < p q < , p

0

= p/(p 1), τ

p,q

= 1 p 1

q , B( · , · )

を ベータ関数として

γ

p,q

= n 1

1 + q/p

0

, S

p,q

= (p

0

)

p2+p/q

q

p/q

( ω

n

τ

p,q

B ( 1

p τ

p,q

, 1 p

0

τ

p,q

))

1−p/q

if p < q. (2.1)

1

(2)

この

S

p,qの定義で連続性から

S

p,p

= 1

であることを注意する。基本的性質をまとめておく。

Theorem 2.1. 1 < p q q < , τ

p,q

1

n

のとき、

1.

(対称性1)Sp,q;γ

= S

p,q;γ

, S

radp,q;γ

= S

radp,q;γ

for γ 6 = 0.

2. S

radp,q;γ

= S

p,q

| γ |

p(1τp,q)

for γ 6 = 0.

3.

(対称性2)

S

p,q;γ

= S

radp,q;γ

= S

p,q

| γ |

p(1τp,q)

for 0 < | γ | ≤ γ

p,q

.

4. γ

γ

p(1τp,q)

S

p,q;γ

S

p,q;γ

γ γ

p,q

S

p,q;γ

for 0 < | γ | ≤ | γ | .

5. 1

(2 γ

p,p

/γ)

p

S

p,p;γp,p

S

p,p

S

p,pp,p

= S

radp,p;γp,p

for | γ | ≥ γ

p,p

= n p

p if p < n.

6. S

2,2

= S

2,22,2∗

= S

rad2,22,2∗

for | γ | ≥ γ

2,2

= n 2

2 if p = 2 < n.

7. S

p,q;γ

( | γ |

q,q

(S

p,q;γ

)

τp,q

)

1/τp,q

for γ 6 = 0.

特に,

S

p,q;γ

≥ | γ |

p(1p,q)

(S

p,p

)

p,q

for γ 6 = 0 if p < n.

Remark 2.1. 1. S

p,p;γ

= S

radp,p;γ

= | γ |

p

for γ 6 = 0.

2. For 1 < p < n, S

p,pp,p∗

= S

radp,pp,p

= n ( n p

p 1 )

p−1

(

ω

n

p

0

B

( n p , n

p

0

))

p/n

(ソボレフ最良定数)

Theorem 2.2. For 1 < p < ,

写像

([ p, p

] \{∞} ) × (R \{ 0 } ) 3 (q ; γ) 7→ S

p,q;γ

, S

radp,q;γ

R (2.2)

は連続で、特に

S

p,q;γ

S

p,p;γ

= | γ |

p

as q p.

Theorem 2.3. 1 < p q < , τ

p,q

1/n, p

= np/(n p)

γ 6 = 0

として、

1.

もし

p < q

ならば,

S

radp,q;γ

W

γ,01,p

(R

n

)

rad

\{ 0 } .

で達成される。

2.

もし

p < q < p

ならば,

S

p,q;γ

W

γ,01,p

(R

n

) \{ 0 } .

で達成される。

3.

もし

p < n, q = p

かつ

| γ | ≤ (n p)/p = γ

p,p ならば,

S

p,p

= S

radp,p

W

γ,01,p

(R

n

)

rad

\{ 0 }

で達成される。

4.

もし

p = 2 < n, q = 2

= 2n/(n 2) and | γ | > (n 2)/2 = γ

2,2  ならば

, S

2,2

= S

rad2,2;γ2,2∗

が成り立ち、

S

2,2

W

γ,01,2

(R

n

) \{ 0 } .

で達成されない。

Theorem 2.4. (球対称な極値関数 ) 1 < p < q < +

かつ

γ > 0

として

S

radp,q;γ は次の球対称関数

u(x) = u(r), (r = | x | )

で達成される。

u(r) = λ

q−p1

[1 + r

p−1ph

]

q−pp

,

ただし

, h = qγτ

p,q

> 0, λ = ( p

p 1 )

p−1

γ

p

q. (2.3)

さらに

u

は次の

Euler-Lagrange

方程式を満たす

:

L

p,γ

(u) ≡ − div (I

p(1+γ)

(x) |∇ u |

p2

u) = I

(x) | u |

q2

u. (2.4)

3 臨界 CKN- 型不等式

Theorem 3.1. 1 < p q < , τ

p,q

1/n

とする.

もし

R > 1

ならば、

C

radp,q;R

C

p,q;R

> 0.

もし

R = 1

ならば,次が成立する:

1.

もし

n = 1

ならば,

C

radp,q;1

C

p,q;1

> 0

が成立する.

(3)

2.

もし

n 2

ならば

, C

radp,q;1

> 0

が成立する

.

さらに

C

p,q;1

= 0

が成立する

. Definition 3.1. 1 < p q <

として次の様に定める。

R

p,q

= exp 1 + q/p

0

(n 1)p

0

if n 2, C

p,q

= S

p,q

(p

0

)

p(1τp,q)

. (3.1) Theorem 3.2. 1 < p q <

かつ

τ

p,q

1/n

とする. そのとき、次が成立する:

1. C

radp,q;R

= C

p,q

for R 1.

2. C

p,q;R

= C

radp,q;R

= C

p,q

for R

{ 1 if n = 1, R

p,q

if p n 2.

3. C

p,q;R

C

p,q;R

( log R

log R )

p

C

p,q;R

for 1 < R R.

Theorem 3.3. 1. 1 < p <

のとき,下の写像は連続である:

([ p, p

] \{∞} ) × (1, ) 3 (q ; R) 7→ C

p,q;R

, C

radp,q;R

R (3.2) 2. n = 1

かつ

1 < p <

のとき,下の写像は連続である:

[ p, ) × [1, ) 3 (q ;R ) 7→ C

p,q;R

= C

radp,q;R

R (3.3) Theorem 3.4. 1 < p < q < , τ

p,q

1/n

かつ

R 1

と仮定する. そのとき、次が成立する.

1. R = 1

とするとき

, C

radp,q;1

W

0,01,p

(B

1

)

rad

\{ 0 }

で達成される

.

2. n = 1, R = 1

とするとき,

C

p,q;1

= C

radp,q;1

W

0,01,p

(( 1,1))

rad

\{ 0 }

 で達成される.

3. R > 1

とするとき,

C

radp,q;R

W

0,01,p

(B

1

)

rad

\{ 0 }

で達成されない.

Proposition 3.1. 1 < p = q <

かつ

τ

p,q

1/n

とする. もし

R > 1

が十分大きければ,

C

p,p;R

, C

radp,p;R は、それぞれ

W

0,01,p

(B

1

) \{ 0 } , W

0,01,p

(B

1

)

rad

\{ 0 }

において達成されない.

4 線形化 CKN-type 作用素

Definition 4.1.

ϕ C

0

(R

n

)

に対して

L

0p,γ

(u)ϕ = div

(

I

p(γ+1)

(x) |∇ u |

p2

(

ϕ + (p 2) ( u, ϕ)

|∇ u |

2

u ))

(4.1)

5 主要な結果

Theorem 5.1. ( The symmetry breaking ) n > 1

とする

. q

p < q < p

を満たすように固定す る. そのとき、十分大きいすべての

| γ |

で,最良定数

S

p,q;γ は球対称関数空間

W

γ,01,p

(R

n

)

radにおいては 達成されない.

証明は球対称関数

u

を摂動し最小値が球対称関数で達成されない事を見る。具体的には線形化作用 素の固有関数

w

0

and w

1を摂動とする次の汎関数を考え陰関数定理より

u

を横断する曲線を構成し用 いる。この方法では、そのような

γ

の上からの評価も得られる。

G(η, s) =

Rn

| u + ηw

0

+ sw

1

|

q

I

(x) dx (5.1)

References

[1] L. Caffarelli, R. Kohn, L. Nirenberg, First order interpolation inequalities with weights, Com- positio Math.,Vol. 53, 1984, No. 3, pp259-275.

[2] T. Horiuchi, P. Kumlin, “On the Caffarelli-Kohn-Nirenberg type inequalities in-

volving Critical and Supercritical Weights”, to appear in Journal of Math-

ematics of Kyoto University.

シャル マ ー ス 工 科 大 学 プ レ プ リ ン ト・シ リ ー ズ

[www.math.chalmers.se/Math/Research/Preprints/2011/20.pdf]

が参照可能です。

参照

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