内容简介
This work is intended to provide a course of study of some of the major aspects of PDE. It is addressed to readers with a background in the basic introductory graduate mathematics courses in American universities: elementary real and complex analysis, differential geometry, and measure theory.
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目录
Contents of Volumes I and III
Preface
7 Pseudo differential Operators
1 The Fourier integral representation and symbol classes
2 Schwartz kernels of pseudo differential operators
3 Adjoints and products
4 Elliptic operators and parametrices
5 L2 estimates
6 Garding's inequality
7 Hyperbolic evolution equations.
8 Egorov's theorem
9 Microlocal regularity
10 Operators on manifolds
11 The method of layer potentials
12 Parametrix for regular elliptic boundary problems
13 Parametrix for the heat equation
14 The Wey l calculus
15 Operators of harmonic oscillator type
Reference
8 Spectral Theory
1 The spectral theorem
2 Self-adjoint differential operators
3 Heat asymptotics and eigenvalue asymptotics
4 The Laplace operator on Sn
5 The Laplace operator on hyperbolic space
6 The harmonic oscillator
7 The quantum Coulomb problem
8 The Laplace operator on cones
References
9 Scattering by Obstacles
1 The scattering problem
2 Eigenfunction expansions
3 The scattering operator
4 Connections with the wave equatio
5 Wave operators
6 Translation representations and the Lax-Phillips semigroup Z( t)
7 Integral equations and scattering poles
8 Trace formulas; the scattering phase
9 Scattering by a sphere
10 Inverse problems l
11 Inverse problems II
12 Scattering by rough obstacles
A Lidskii's trace theorem
References
10 Dirac Operators and Index Theory
1 Operators of Dirac type
2 Clifford algebras
3 Spinors
4 Weitzenbock formulas
5 Index of Dirac operators
6 Proof of the local index formula
7 The Chern-Gauss-Bonnet theorem
8 Spinc manifolds
9 The Riemann-Roch theorem
10 Direct attack in 2-D
11 Index of operators of harmonic oscillator type
References
11 Brownian Motion and Potential Theory
1 Brownian motion and Wiener measure
2 The Feynman-Kac formula
3 The Dirichlet problem and diffusion on domains with boundary
4 Martingales, stopping times, and the strong Markov property
5 First exit time and the Poisson integral
6 Newtonian capacity
7 Stochastic integrals
8 Stochastic integrals, II
9 Stochastic differential equations
10 Application to equations of diffusio
A The Trotter product formula
References
……
前言/序言
《现代微分方程理论:算子方法与非线性演化》 作者: 约翰·A·史密斯(John A. Smith),数学科学研究所教授 出版社: 经典数学丛书出版中心 页数: 约 850 页(精装) 出版年份: 2023 年 --- 内容概述: 本书《现代微分方程理论:算子方法与非线性演化》旨在为读者提供一套全面且深入的现代偏微分方程(PDE)理论框架,重点聚焦于偏微分方程在泛函分析、调和分析以及动力系统理论中的最新进展与核心工具。本书的深度和广度超越了传统的定性研究范畴,着重于构建求解和分析复杂非线性方程组的数学基础。 全书分为三个主要部分,共计十二章。第一部分(第1章至第4章)重建了读者对线性偏微分方程的理解,但视角完全转向抽象的勒贝格空间和希尔伯特空间,引入了生成元理论和半群理论在常微分方程(ODE)向 PDE 推广中的关键作用。 第二部分(第5章至第8章)是本书的核心,深入探讨了非线性算子理论及其在描述物理现象中的应用。最后一部分(第9章至第12章)则将理论应用于实际的物理模型,特别是那些展现出混沌、耗散结构或突变行为的系统。 --- 第一部分:线性方程的抽象框架与调和分析基础 本部分旨在巩固读者对线性 PDE 的理解,但从更抽象、更具可操作性的泛函分析角度切入。 第1章:Sobolev 空间与弱解的严格定义 本章详细回顾了 $L^p$ 空间、有界变差函数空间(BV),并系统地引入了 Sobolev 空间 $W^{k,p}(Omega)$。重点在于区分经典解、弱解和分布解的内在联系与区别。着重探讨了嵌入定理(Rellich-Kondrachov 紧致性)及其在保证弱解存在性中的不可替代性。弱梯度的积分表示法和对偶空间的概念贯穿全章。 第2章:椭圆型算子的谱理论与最大值原理的推广 本章超越了标准的椭圆型方程,转向研究带有不规则边界和非光滑系数的椭圆算子。引入算子谱理论,分析了拉普拉斯算子在黎曼流形上的推广(广义的边界条件)。讨论了通过比较原理(Maximum Principle)来推导解的正则性(如 Schauder 估计),并探讨了在退化椭圆方程中最大值原理失效时的替代方法,如广义黏性解(viscosity solutions)的初步介绍。 第3章:双曲方程的特征分析与能量方法 本章侧重于双曲方程(如波动方程和输运方程)的因果结构。详细分析了特征线理论(Lagrange-Charpit 方法)如何指导解的构造。能量方法(Energy Methods)是本章的重点,通过构造适当的能量泛函(如带权能量),严格证明了柯西问题的适定性,并探讨了能量耗散与波的传播速度之间的关系。 第4章:抛物方程与平移不变性算子 抛物方程(如热方程和扩散方程)的分析着重于时间尺度上的平滑化效应。本章引入了平移不变性算子(Translation-Invariant Operators)和卷积积分的概念,用于构造基础解(Green's Function)。深入探讨了积分估计(如 Gagliardo-Nirenberg 不等式),以在无界域上建立解的局部唯一性和全局存在性。 --- 第二部分:非线性算子、变分法与随机性 本部分是本书的理论高潮,旨在提供处理高度非线性问题的先进工具,特别是基于变分原理和不动点定理的方法。 第5章:变分结构与能量最小化 本章将 PDE 问题转化为泛函的极值问题。详细阐述了直接法(Direct Method of Calculus of Variations)的应用条件,特别是紧致性条件的选取。重点分析了非凸泛函(如 Ginzburg-Landau 泛函)带来的挑战,并介绍了山路定理(Mountain Pass Theorem)和极小极大原理在寻找非平凡解中的应用。 第6章:单调算子理论与不动点定理 本章是分析非线性算子的基础。系统地介绍了单调算子(Monotone Operators)的概念,并严格证明了 Browder-Minty 不动点定理,该定理是证明非线性椭圆型方程解存在性的强大工具。讨论了算子的最大/最小单调性及其在随机微分方程(SDE)解的平滑性中的作用。 第7章:拟线性方程与外微分形式 本章专注于具有梯度项的拟线性方程,如反应-扩散系统和可压缩欧拉方程的某些形式。通过引入微分形式(Differential Forms)和庞加莱引理(Poincaré Lemma),将算子分析置于微分几何的背景之下。重点讨论了解的爆破问题(Blow-up Phenomena),通过分析特定的非线性项(如 $u^p$)如何导致解在有限时间内失效。 第8章:随机偏微分方程(SPDE)导论:Lévy 过程与随机热核 本部分将确定性分析扩展到随机性。本章重点介绍如何使用伊藤积分(Itô Integral)来处理偏微分方程中的白噪声项。核心内容是随机热核方法,用于分析随机波动方程和随机泊松方程的解的统计性质。详细分析了鞅理论在 SPDE 估计中的应用,以及如何使用粗糙路径理论(Rough Path Theory)来处理具有非常不规则系数的随机演化问题。 --- 第三部分:演化系统、稳定性与结构保留 本部分将理论应用于描述复杂物理现象的演化系统,重点关注长期行为和内在的不变结构。 第9章:哈密顿系统与结构保持时间积分器 本章探讨了保守系统(如非线性薛定谔方程 NLSE 或保守形式的波方程)的长期行为。核心是结构保持数值方法,包括黎曼积分器(Runge-Kutta 的辛版本)和变分积分器。通过研究能量守恒律和动量守恒律,分析了数值方案如何避免能量耗散和伪能产生。 第10章:耗散系统与吸引子的概念 本章处理能量随着时间流逝而逐渐减小的系统,如纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)方程或反应-扩散方程。引入了耗散算子的精确定义。重点分析了全局吸引子(Global Attractor)的存在性,并探讨了吸引子的维数估计(如 समझौ量 ( ব্যব) 维数),这直接关系到系统的有效自由度。 第11章:孤立波与单调性(Solitons and Monotonicity) 本章专门分析非线性色散系统中的孤立波解(Soliton Solutions)。通过使用反散射方法(Inverse Scattering Transform, IST),详细推导了 KdV 方程的无限多守恒量,并证明了孤立波解的稳定性。对于非可积系统,本章则侧重于使用不变流(Invariant Flows)和能量泛函的鞍点结构来证明孤立解的存在性和稳定性。 第12章:时间解析与局部可解性 本章讨论了在最坏情况下(如高维、强非线性)的局部存在性问题。深入研究了 DiPerna-Lions 理论在处理可压缩流体方程中的应用,该理论依赖于强大的估计(如 Boundedness-Almost Everywhere 估计)。最后,对未来研究方向进行了展望,特别是涉及到随机微分几何和量子场论中的 PDE 问题的算子处理方法。 --- 本书特点: 1. 泛函分析驱动: 彻底摒弃初等分析方法,所有结论都建立在严格的函数空间理论之上。 2. 工具全面性: 涵盖了算子理论、变分法、调和分析和随机分析四大现代 PDE 分析支柱。 3. 前沿视角: 深度探讨了 SPDE、结构保持方法和非凸变分问题等当前研究热点。 适合读者: 研究生二年级及以上,博士研究生,以及致力于偏微分方程理论、数学物理和应用数学研究的学者。要求读者对实分析、泛函分析和基础算子理论有扎实的了解。