Sobolev spaces and boundary-value problems for the curl and gradient-of-divergence operators
- Authors: Saks R.S.1
-
Affiliations:
- Institute of Mathematics with Computing Centre, Ufa Federal Research Centre, Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 24, No 2 (2020)
- Pages: 249-274
- Section: Articles
- URL: https://ogarev-online.ru/1991-8615/article/view/41989
- DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1759
- ID: 41989
Cite item
Full Text
Abstract
We study boundary value and spectral problems in a bounded domain $G$ with smooth border for operators $\operatorname{rot} +\lambda I$ and $\nabla \operatorname{div} +\lambda I$ in the Sobolev spaces. For $\lambda\neq 0$ these operators are reducible (by B. Veinberg and V. Grushin method) to elliptical matrices and the boundary value problems and satisfy the conditions of V. Solonnikov's ellipticity. Useful properties of solutions of these spectral problems derive from the theory and estimates. The $\nabla \operatorname{div}$ and $ \operatorname{rot}$ operators have self-adjoint extensions $\mathcal{N}_d$ and $\mathcal{S}$ in orthogonal subspaces $\mathcal{A}_{\gamma }$ and $\mathbf{V}^0$ forming from potential and vortex fields in $\mathbf{L}_{2}(G)$. Their eigenvectors form orthogonal basis in $\mathcal{A}_{\gamma }$ and $\mathbf{V}^0$ elements which are presented by Fourier series and operators are transformations of series. We define analogues of Sobolev spaces $\mathbf{A}^{2k}_{\gamma }$ and $\mathbf{W}^m$ orders of $2k$ and $m$ in classes of potential and vortex fields and classes $ C (2k,m)$ of their direct sums. It is proved that if $\lambda\neq \operatorname{Sp}(\operatorname{rot})$, then the operator $ \operatorname{rot}+\lambda I$ displays the class $C(2k,m+1)$ on the class $C(2k,m)$ one-to-one and continuously. And if $\lambda\neq \operatorname{Sp}(\nabla \operatorname{div})$, then operator $\nabla \operatorname{div}+\lambda I$ maps the class $C(2(k+1), m)$ on the class $C(2k,m)$, respectively.
Full Text
##article.viewOnOriginalSite##About the authors
Romen Semenovich Saks
Institute of Mathematics with Computing Centre, Ufa Federal Research Centre, Russian Academy of Sciences
Email: romen-saks@yandex.ru
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor
References
- Соболев С. Л., Введение в теорию кубатурных формул, Наука, М., 1974, 810 с.
- Михайлов В. П., Дифференциальные уравнения в частных производных, Наука, М., 1975, 392 с.
- Weyl H., "The method of orthogonal projection in potential theory", Duke Math. J., 7:1 (1940), 411-444
- Borchers W., Sohr H., "On the equations and with zero boundary conditions", Hokkaido Math. J., 19:1 (1990), 67-87
- Соболев С. Л., "Об одной новой задаче математической физики", Изв. АН СССР. Сер. матем., 18:1 (1954), 3-50
- Ладыженская O. A., Математические вопросы динамики вязкой несжимаемой жидкости, Наука, М., 1970, 288 с.
- Friedrichs K. O., "Differential forms on riemannian manifolds", Comm. Pure Appl. Math., 8:2 (1955), 551-590 pp.
- Быховский Э. Б., Смирнов Н. В., "Об ортогональном разложении пространства вектор-функций, квадратично суммируемых по заданной области, и операторах векторного анализа", Математические вопросы гидродинамики и магнитной гидродинамики для вязкой несжимаемой жидкости, Сборник работ, Тр. МИАН СССР, 59, Изд-во АН СССР, М.-Л., 1960, 5-36
- Yoshida Z., Giga Y., "Remarks on spectra of operator rot", Math. Z., 204 (1990), 235–245
- Зорич В. А., Математический анализ. Часть II, Наука, М., 1984, 640 с.
- Солонников В. А., "Переопределенные эллиптические краевые задачи", Краевые задачи математической физики и смежные вопросы теории функций. 5, Зап. научн. сем. ЛОМИ, 21, Изд-во «Наука», Ленинград. отд., Л., 1971, 112-158
- Сакс Р. С., "О краевых задачах для системы ", Дифференц. уравнения, 8:1 (1972), 126-133
- Волевич Л. Р., "Разрешимость краевых задач для общих эллиптических систем", Матем. сб., 68(110):3 (1965), 373-416
- Bourguignon J. P., Brezis H., "Remarks on the Euler equation", J. Funct. Anal., 15:4 (1974), 341-363
- Foias C., Temam R., "Remarques sur les equations de Navier-Stokes stationnaireset les phenomènes successifs de bifurcation", Annali della Scuola Normale Superiore di Pisa - Classe di Scienze, Serie 4, 5:1 (1978), 29-63
- Вайнберг Б. Р., Грушин В. В., "О равномерно неэллиптических задачах. I", Матем. сб., 72(114):4 (1967), 602-636
- Сакс Р. С., "Решение спектральных задач для операторов ротора и Стокса", Уфимск. матем. журн., 5:2 (2013), 63-81
- Владимиров В. С., Уравнения математической физики, Наука, М., 1988, 512 с.
- Сакс Р. С., "Оператор градиент дивергенции и пространства Соболева", Динамические системы, 8:4 (2018), 385-407
- Сакс Р. С., "О свойствах обобщенно эллиптических псевдодифференциальных операторов на замкнутых многообразиях", Краевые задачи математической физики и смежные вопросы теории функций. 28, Зап. научн. сем. ПОМИ, 243, ПОМИ, СПб., 1997, 215-269
- Temam R. I., Navier-Stokes Equations: Theory and Numerical Analysis, North-Holland, Amsterdam, 1984
- Woltjer L., "A theorem on force-free magnetic fields", Proc. Nat. Acad. Sci., 44 (1958), 489-491
- Taylor J. B., "Relaxation of toroidal plasma and generation of reverse magnetic fields", Phys. Rev. Letters, 33:19 (1974), 1139-1141
- Arnold V. I., "Sur la topologie des ecoulements stationnaires des fluides parfaits", C. R. Acad. Sci. Paris, 261 (1965), 17-20
- Козлов В. В., Общая теория вихрей, Удмурт. гос. унив., Ижевск, 1998, 240 с.
- Woltjer L., "The Crab Nebula", Bull. Astron. Inst. Netherlands, 14 (1958), 39-80
- "The spectrum of the operator on spherically symmetric domains", Physics of Plasmas, 7 (2000), 2766-2775
- Сакс Р. С., "Спектр оператора вихря в шаре при условии непротекания и собственные значения колебаний упругого шара, закрепленного на границе", Труды конф. «Комплексный анализ, дифференциальные уравнения и смежные вопросы», IV. Прикладная математика, Уфа, 2000, 61-68
- Saks R. S., "On the spectrum of the operator ", Progress in Analysis, Proceedings of the 3rd ISAAC Congress (Berlin, Germany, 20–25 August 2001), v. 1, 2003, 811-819
- Сакс Р. С., "Собственные функции операторов ротора, градиента дивергенции и Стокса. Приложения", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2013, № 2(31), 131-146
- Сакс Р. С., "Глобальные решения уравнений Навье-Стокса в равномерно вращающемся пространстве", ТМФ, 162:2 (2010), 196-215
- Сакс Р. С., Хайбуллин А. Г., "Об одном методе численного решения задачи Коши для уравнений Навье-Стокса и рядах Фурье оператора ротор", Докл. РАН, 429:1 (2009), 22-27
- Сакс Р. С., "Задача Коши для уравнений Навье-Стокса, метод Фурье", Уфимск. матем. журн., 3:1 (2011), 53-79
- Исламов Г. Г., "Об одном классе векторных полей", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 19:4 (2015), 680-696
- Боговский М. Е., "Решение некоторых задач векторного анализа, связанных с операторами и ", Труды семинара С. Л. Соболева, 1980, № 1, 5–40
- Масленникова В. Н., Боговский М. Е., "Аппроксимация потенциальных и соленоидальных векторных полей", Сиб. матем. журн., 24:5 (1983), 149–171
- Heywood J. G., "On uniquness questions in theory of viscous flow", Acta Math., 136:2 (1976), 61-102
- Сакс Р. С., "Ортогональные подпространства пространства и самосопряженные расширения операторов ротора и градиента дивергенции", Докл. РАН, 462:3 (2015), 278-282
- Сакс Р. С., "Оператор градиент дивергенции в ", Докл. РАН, 462:5 (2015), 61-65
- Сакс Р. С., "Оператор ротор в пространстве ", Таврический вестник информатики и математики, 2015, № 1, 87-103
Supplementary files

