关键词:
四阶微分算子
分布势
Dirac算子
边界条件依赖谱参数
转移条件
特征值的依赖性
逆谱问题
谱映射方法
唯一性定理
重构算法
摘要:
在数学和物理中,微分算子是研究变化、运动以及函数空间和算子空间之间关系的重要工具,对于理解自然现象、解决实际问题和推动数学理论的发展具有重要意义,它在其他学科领域中的应用也非常广泛.随着应用领域出现的诸多问题,一些物理问题被转化为内部具有不连续性的微分算子问题.例如:有结点的弦振动问题、光的衍射问题.此外,通过分离变量法,一些偏微分方程被转化为边界条件含有谱参数的微分算子问题.例如:滑竿上的弦振动问题.因此对于内部具有不连续性及边界条件依赖谱参数的微分算子的研究是很重要的.对于内部的不连续性,通过在不连续点处附加转移条件来进行刻画.本文的研究内容包括两部分:第一部分研究了具有转移条件或边界条件依赖谱参数的三类微分算子的特征值关于参数的依赖性;第二部分研究了一类具有转移条件且边界条件依赖谱参数的非自伴Dirac算子的逆谱问题.
本文的第一部分利用算子理论研究了具有不同条件的三类微分算子的特征值关于参数的依赖性.首先研究的是一类四阶微分算子,其中两个端点处的边界条件都依赖谱参数.因为边界条件包含谱参数,所以这类问题不能在一般的Hilbert空间中进行考虑.利用泛函分析中的空间直和理论,结合边界条件中谱参数定义一个与问题相关的直和Hilbert空间.在此空间框架下,将所研究的边值问题转化为算子问题.然后通过定义基本解,构造了判别函数.利用整函数孤立零点的连续性定理,证明了特征值关于方程的系数函数、权函数以及边界条件系数的连续依赖性.通过构造两个问题之间的广义Lagrange等式,证明了特征值关于这些参数在通常导数意义下或Fréchet导数意义下是可微的,并给出了相应的微分表达式.特别地,对于边界条件的系数,分别给出特征值关于系数矩阵以及每一个系数的微分表达式.为使问题更具一般性,我们研究了四阶不连续的微分算子,其中含有谱参数的边界条件相比于上一个问题的更复杂.与上个问题相比,因为边界条件不同并且问题中出现了转移条件,所以我们需要定义一个与不连续问题相关的Hilbert空间.在该空间中,定义一个与不连续问题相关的算子.进一步得到特征值关于参数的微分表达式.特别地,转移条件的系数也包含在这些参数中.最后,研究了具有分布势函数的不连续Sturm-Liouville(S-L)问题,其中边界条件分为:分离、实耦合和复耦合.由于该问题的方程和条件与上述问题的都不同,为了得到特征值关于问题参数的依赖性,需要定义适合研究问题的空间.
本文的第二部分利用谱映射的方法研究了一类非自伴不连续Dirac算子的逆谱问题,其中边界条件和转移条件都依赖谱参数并且具有有限个不连续点.首先给出了特征值及其方程解的渐近估计式;其次通过定义相应于算子的广义规范常数,给出了该广义规范常数与其他谱特征之间的关系,进而通过Weyl函数和广义谱数据分别证明了逆问题的唯一性定理;最后给出了两种重构算法.
本文共分为五章:第一章总结了本文所研究问题的物理背景、研究意义以及研究现状,并介绍了本文主要研究内容和结果;第二、三章分别研究了边界条件依赖谱参数的连续和不连续四阶微分算子特征值关于参数的依赖性;第四章研究了具有分布势函数的不连续S-L问题的特征值关于参数的依赖性;第五章研究了具有有限个不连续点且边界条件和转移条件都依赖谱参数的非自伴Dirac算子的逆谱问题.