关键词:
Sturm-Liouville问题
特征值
弱特征函数
Riesz基
转移条件
谱参数
Rayleigh-Rita公式
特征值的下界估计
摘要:
众所周知,起源于固体热传导模型的Sturm-Liouville问题是量子力学、静磁学、流体力学等物理学不同领域中最重要的模型之一.该问题通常是由经典的物理偏微分方程通过分离变量法转化得到的.例如,Schr(?)dinger方程实际上是一个偏微分方程,但在球对称势(如库伦势)的情况下,可以使用分离变量法将其转化为一系列常微分方程(如Sturm-Liouville方程).鉴于Sturm-Liouville问题在各个领域的广泛应用,本文将研究具有分离边界条件的几类正则Sturm-Liouville问题.这些Sturm-Liouville问题涵盖以下情况:边界条件和转移条件均不依赖于谱参数的Sturm-Liouville问题,边界条件有理依赖于谱参数的Sturm-Liouville问题,转移(界面)条件有理依赖于谱参数的Sturm-Liouville问题,以及转移(界面)条件有理依赖于谱参数且边界条件线性依赖于谱参数的Sturm-Liouville问题.
在第一章中,我们首先介绍了 Sturm-Liouville问题的研究背景和发展现状.随后描述了 Riesz基的研究和发展现状.最后概述了本文的研究内容以及取得的结果.
在第二章中,我们考虑了具有分离边界条件的一类正则不连续Sturm-Liouville问题,其中左、右边界条件均不包含谱参数.我们定义了这类Sturm-Liouville问题的Prüfer变换,并研究了其谱性质.我们证明了这类问题具有无穷多个特征值,λ0,λ1,λ2,…,它们都是实数且趋向于正无穷.进一步,我们讨论了与这些特征值对应的规范化特征函数的振动性.最后,给出了两个例子验证了我们的主要结果.
在第三章中,我们研究了区间[a,b]上具有分离边界条件的两类正则Sturm-Liouville问题,其中左边界条件不含谱参数或者有理依赖于谱参数,右边界条件则有理依赖于谱参数.我们研究并建立了所考虑问题的一些谱性质.证明了所考虑问题具有精确的可数多个特征值,λ1,λ2,…,它们都是实数且趋向于正无穷.此外,还证明了此类问题的弱特征函数系构成了适当Hilbert空间中的Riesz基.
在第四章中,我们研究了一类具有分离边界条件的不连续Sturm-Liouville问题,其中边界条件不依赖于谱参数,但转移条件却有理依赖于谱参数.我们的目标是揭示这类问题中重要的谱性质.在此之前,这类问题弱特征函数系的Riesz基性质尚未被讨论.为了实现这一目标,我们通过适当的积分变换将所考虑的问题转化为适当积分方程的特征值问题,通过这个方程定义了弱解的概念.然后,我们引入一些必要的紧算子进行考虑,使得该积分方程可以转化为适当的算子束方程,并证明该算子束方程对于足够大的负值参数是自伴且正定的.最后,我们证明了所考虑问题的谱是离散的,并且相应的弱特征函数系构成了适当Hilbert空间中的Riesz基.此外,我们推导了相应的Rayleigh-Rita公式,并找到了特征值的下界估计.
在第五章中,我们考虑了两类具有分离边界条件的不连续Sturm-Liouville问题,其中左边界条件不含谱参数或者线性依赖于谱参数,右边界条件线性依赖于谱参数,并且转移条件有理依赖于谱参数.与第四章所考虑的问题相比,因为边界条件线性依赖于谱参数,所以我们在将所考虑问题转化为相应的积分方程时,需要引入两个新的参数.然后,采用与第四章类似的方法,即,通过定义所考虑问题的弱解,以及引入一些必要的紧算子,将积分方程转化为一个对于足够大的负值参数是自伴且正定的算子束方程.我们同样证明了这类问题的谱是离散的,弱特征函数系构成了适当Hilbert空间中的Riesz基,并且给出了特征值的下界估计.
第六章概述了本文的主要研究内容,并对后续可能进行的工作做了展望.