关键词:
Sturm-Liouville算子
Dirac算子
边界条件依赖谱参数
特征值的依赖性
转移条件
连续性
可微性
摘要:
微分算子是一类有着广泛应用背景的无界线性算子,它为微分方程方向众多问题的研究提供了理论基础和统一解决模式.近些年来,边界条件含有谱参数的微分算子以及不连续微分算子在广大工程领域、数学物理以及医学等领域得到广泛应用.微分算子特征值关于参数的连续依赖性以及可微依赖性作为谱理论研究的重要组成部分.在特征值的数值计算中占有重要地位,因此广受数学、物理工作者的关注.本课题围绕几类微分算子的特征值关于问题参数(包括方程系数,边界条件,转移条件,区间端点,间断点)的依赖性展开研究,具体如下:
我们首先研究了一类边界条件和转移条件均依赖谱参数的Sturm-Liouville(S-L)算子的特征值关于问题参数的依赖性,这类问题出现在许多物理和力学问题中,例如,传热传导问题、光衍射问题.我们利用算子理论公式,结合边界条件以及转移条件中的参数,构造了一个恰当的Hilbert空间,在此Hilbert空间框架下,将问题转化为算子形式,证明了算子的自伴性,构建了包含边界条件以及转移条件信息的特征值所满足的恒等式,给出了算子的特征值和特征函数的相关性质,进而分析问题中的参数对谱分布的影响,利用复分析给出了算子的特征值关于问题中给定参数的连续性和可微性,并且通过计算Green函数得到了预解算子,证明了特征函数的完备性.
Dirac系统对研究微观粒子的运动规律具有重要作用,而边界条件中含谱参数的Dirac算子通常描述了相对论粒子在电磁场中的运动,为此,我们研究了边界条件含有谱参数的Dirac算子的特征值关于问题参数的依赖性.首先我们利用算子理论公式证明了算子的自伴性,通过构造基本解,得到了特征值满足的示性函数,证明了问题特征值的单重性,算子的特征值关于问题中各个参数的连续性和可微性,此外还给出了特征值关于参数在通常意义下或Fréchet意义下的微分表达式.
在许多物理现象中,例如地壳底部横波的反射现象,高速运动的离子与原子系统发生碰撞导致的迁跃现象等,其相应的原系统均因外力干扰而使得对应的特征函数无法保持连续,这些问题我们可以转化为不连续微分算子的研究.为此,我们研究了一类具有一般边界条件的不连续Dirac算子的特征值关于问题参数的依赖性.我们将问题抽象为定义在两区间上的Dirac算子问题,结合在不连续点处附加的条件,利用泛函分析中的直和空间理论,构造了恰当的Hilbert空间,并在这个空间的框架下定义了一个新算子,使得我们所要研究的问题的特征值与这个算子的特征值一致;然后借助边界条件以及转移条件,通过构造基本解,得到了问题的示性函数,证明了算子的特征值关于问题中参数的连续性以及可微性,给出了特征值关于参数的微分表达式.
在以上研究基础上,为使研究更深入,我们又研究了一类边界条件含谱参数,同时具有转移条件的Dirac算子的特征值关于问题参数的依赖性.结合边界条件与转移条件中的参数,在一个恰当的Hilbert空间中构造了一个新内积,在此空间中给出一个与问题相关的算子,并运用微分算子理论证明了算子的自伴性;利用边界条件和转移条件构造出问题的基本解,进而得到特征值和特征函数的相关性质;最后,给出算子的特征值关于问题中各个给定参数的连续性以及可微性.
文章共包含六章:第一章是绪论,介绍了问题的研究背景、研究现状,以及本文主要研究内容和结果;第二章考虑了边界条件和转移条件依赖谱参数的S-L算子的特征值关于问题参数的依赖性,并得到了 Green函数以及预解算子;第三章考虑了边界条件含有谱参数的Dirac算子的特征值关于问题参数的依赖性;第四章考虑了不连续Dirac算子的特征值关于问题参数的依赖性;第五章考虑了边界条件含有谱参数的不连续Dirac算子的特征值关于问题参数的依赖性;第六章是总结和展望,总结了论文的成果,并提出了一些可行性想法.