关于调和函数的一些性质

以下均为10年前讨论的一些内容,或者更早一些。

问题1.考虑调和函数  $-\Delta u=0\ \ \in\ \ R^n$,  $n\geq2$, 且$u(x)\geq -(1+|x|)^{\alpha}$, 其中$\alpha\in(0,1)$, 证明: $u$必为常数。

证明:(1) 考虑直接对$u-\inf_{B_{2R}}u$在$B_R$上使用Harnack 不等式,则

$$\sup_{B_{R}}u-\inf_{B_{2R}}u\leq C(u(0)-\inf_{B_{2R}}u).$$

那么

$$\sup_{B_{R}}u\leq C|u(0)|+(1-C)\inf_{B_{2R}}u\leq \leq C|u(0)|+(C-1)(1+2R)^{\alpha},$$

这样就有  

$$\sup_{B_{R}}|u|\leq C|u(0)|+C(1+2R)^{\alpha}$$

最后用调和函数的梯度内估计就可以得到结论了。

(2)第二种方法是利用平均值公式推导梯度估计的方法,并结合积分中值定理即可知道$\nabla u \equiv 0$. 具体细节见  Oleinik的《偏微分方程讲义》,当然本问题还可以推广控制的阶数。

问题2.考虑二维情形的 全平面 下调和函数 上有界,则必为常数。具体如下:

$$u\in C^2(R^2),\ \ \ -\Delta u\leq0\ \ in \ \ R^2, \sup\limits_{R^2}u=0, \ \ then\ \ u\equiv 0. $$

证明:  第一种情形:如果$u(0)=0$, 由强极值原理可知结论成立。

          第二种情形:如果$u(0)=-m<0$,以下证明 这不可能发生。

          由连续性可知,存在$\delta>0$使得, $\forall\  |x|\leq \delta,\ \ u(x)\leq -\frac{m}{2}<0$, 然后在外部考虑使用基本解构造的闸函数。 对任意的$\epsilon>0$, 取

$$v_{\epsilon}(x)=-\frac{m}{2}+\epsilon \ln(\frac{|x|}{\delta}),$$

由比较定理容易知道 $u\leq v_{\epsilon}$ in $R^2\{x:|x|>\delta\}.$

最后令 $\epsilon\rightarrow0+$可知,  

$$u\leq -\frac{m}{2}   \mbox{ in}   \{x:|x|>\delta\}.$$

 这样就会有  $u\leq -\frac{m}{2}$ in $R^2$,  这与假设$\sup\limits_{R^2} u=0$相矛盾。Q.E.D.

 问题3. 考虑调和函数  $-\Delta u=0\ \ \in\ \ R^n$,  $n\geq2$, 且$u(x)\in L^p(R^n)$, $p>0$,则$u\equiv 0$.

证明: $p\geq 1$时,只需要用均值公式和Holder不等式,至于其他情形可考虑内插或者直接使用Moser迭代的局部极值原理。 Q.E.D.

 问题4. 关于有界调和的可去奇性的问题。引入Capacity来描述,并利用Haussdorff测度来直观判定。

 问题5. 关于有界调和的孤立点奇性的Bocher定理。

问题4、5是值得深究的,它们可以推广到其他椭圆、抛物方程上去。

 

  

 

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转载自www.cnblogs.com/Analysis-PDE/p/12148758.html
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