2024/02/27 更新

写真a

オオタニ ミツハル
大谷 光春
所属
理工学術院
職名
名誉教授
学位
理学博士 ( 東京大学 )
理学修士 ( 東京大学 )

経歴

  • 1990年
    -
     

    ;早稲田大学理工学部応用物理学科 教授

  • 1990年
    -
     

    ;東海大学理学部数学科 教授

  • 1981年
    -
    1990年

    ;東海大学理学部数学科 助教授

  • 1981年
    -
    1983年

    ;パリ第6大学/Laboratoire d'Analyse Numerique/仏国政府給費留学生

  • 1978年
    -
    1981年

    東海大学理学部数学科 講師

学歴

  •  
    -
    1978年

    東京大学   理学系研究科   相関理化学  

  •  
    -
    1973年

    早稲田大学   理工学部   応用物理学科  

所属学協会

  •  
     
     

    日本数学会

研究分野

  • 基礎解析学

研究キーワード

  • 非線形、関数解析、偏微分方程式、変分法

 

論文

  • On a comparison theorem for parabolic equations with nonlinear boundary conditions

    Kosuke Kita, Mitsuharu Ôtani

    Advances in Nonlinear Analysis   11 ( 1 ) 1165 - 1181  2022年03月  [査読有り]

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    Abstract

    In this article, a new type of comparison theorem for some second-order nonlinear parabolic systems with nonlinear boundary conditions is given, which can cover classical linear boundary conditions, such as the homogeneous Dirichlet or Neumann boundary condition. The advantage of our comparison theorem over the classical ones lies in the fact that it enables us to compare two solutions satisfying different types of boundary conditions. As an application of our comparison theorem, we can give some new results on the existence of blow-up solutions of some parabolic equations and systems with nonlinear boundary conditions.

    DOI

  • Attractors for autonomous double-diffusive convection systems based on Brinkman-Forchheimer equations

    Mitsuharu Otani, Shun Uchida

    MATHEMATICAL METHODS IN THE APPLIED SCIENCES   39 ( 12 ) 3328 - 3349  2016年08月  [査読有り]

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    In this paper, we consider the existence of global attractor and exponential attractor for some dynamical system generated by nonlinear parabolic equations in bounded domains with the dimension N4 which describe double-diffusive convection phenomena in a porous medium. We deal with both of homogeneous Dirichlet and Neumann boundary condition cases. Especially, when Neumann condition is imposed, we need some assumptions and restrictions for the external forces and the average of initial data, since the mass conservation law holds. Copyright (c) 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

    DOI

  • GLOBAL SOLVABILITY FOR DOUBLE-DIFFUSIVE CONVECTION SYSTEM BASED ON BRINKMAN-FORCHHEIMER EQUATION IN GENERAL DOMAINS

    Mitsuharu Otani, Shun Uchida

    OSAKA JOURNAL OF MATHEMATICS   53 ( 3 ) 855 - 872  2016年07月  [査読有り]

     概要を見る

    In this paper, we are concerned with the solvability of the initial boundary value problem of a system which describes double-diffusive convection phenomena in some porous medium under general domains, especially unbounded domains. In previous works where the boundedness of the space domain is imposed, some global solvability results have been already derived. However, when we consider our problem in general domains, some compactness theorems are not available. Hence it becomes difficult to follow the same strategies as before. Nevertheless, we can assure the global existence of a unique solution via the contraction method. Moreover, it is revealed that the global solvability holds for higher space dimension and larger class of the initial data than those assumed in previous works.

  • Infinite-dimensional attractors for parabolic equations with p-Laplacian in heterogeneous medium

    Messoud A. Efendiev, Mitsuharu Otani

    ANNALES DE L INSTITUT HENRI POINCARE-ANALYSE NON LINEAIRE   28 ( 4 ) 565 - 582  2011年07月  [査読有り]

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    In this paper we give a detailed study of the global attractors for parabolic equations governed by the p-Laplacian in a heterogeneous medium. Not only the existence but also the infinite dimensionality of the global attractors is presented by showing that their epsilon-Kolmogorov entropy behaves as a polynomial of the variable 1/epsilon as epsilon tends to zero, which is not observed for non-degenerate parabolic equations. The upper and lower bounds for the Kolmogorov c-entropy of in auractors are also obtained. (C) 2011 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

    DOI

  • On some macroscopic models for type-II superconductivity

    G. Akagi, M. Otani

    NONLINEAR ANALYSIS-THEORY METHODS & APPLICATIONS   63 ( 5-7 ) E1155 - E1166  2005年11月  [査読有り]

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    This paper is concerned with a variational inequality with a time-dependent constraint, which arises from some macroscopic models of type-II superconductivity, as well as its approximate problems associated with generalized p-Laplace operators. We prove the existence and uniqueness of solutions for each problem by establishing an abstract theory for doubly nonlinear evolution equations governed by two time-dependent subdifferential operators in reflexive Banach spaces. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

  • Evolution inclusions governed by the difference of two subdifferentials in reflexive Banach spaces

    G Akagi, M Otani

    JOURNAL OF DIFFERENTIAL EQUATIONS   209 ( 2 ) 392 - 415  2005年02月  [査読有り]

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    The existence of strong solutions of Cauchy problem for the following evolution equation du (t)/dt + partial derivativephi(1) (u(t)) - partial derivativephi(2)(u(t)) epsilon f(t) is considered in a real reflexive Banach space V, where partial derivativephi(1) and partial derivativephi(2) are subdifferential operators from V into its dual V*. The study for this type of problems has been done by several authors in the Hilbert space setting.
    The scope of our study is extended to the V-V* setting. The main tool employed here is a certain approximation argument in a Hilbert space and for this purpose we need to assume that there exists a Hilbert space H such that V subset of H equivalent to H* subset of V* with densely defined continuous injections.
    The applicability of our abstract framework will be exemplified in discussing the existence of solutions for the nonlinear heat equation: u(1)(x, t) -Delta(p)u(x, t) - \u\(q-2)u(x, t) = f(x, t), x epsilon Omega, t > 0, u\(deltaOmega) = 0, where Omega is a bounded domain in R-N. In particular, the existence of local (in time) weak solution is shown under the subcritical growth condition q < p* (Sobolev's critical exponent) for all initial data u(0) epsilon W-0(1,p)(Omega). This fact has been conjectured but left as an open problem through many years. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI

  • Evolution inclusions governed by subdifferentials in reflexive Banach spaces

    G Akagi, M Otani

    JOURNAL OF EVOLUTION EQUATIONS   4 ( 4 ) 519 - 541  2004年  [査読有り]

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    The existence, uniqueness and regularity of strong solutions for Cauchy problem and periodic problem are studied for the evolution equation: du(t)/dt + aphi(u(t)) There Exists f(t), t is an element of]0, T[, where partial derivativephi is the so-called subdifferential operator from a real Banach space V into its dual V*. The study in the Hilbert space setting (V = V* = H: Hilbert space) is already developed in detail so far. However, the study here is done in the V-V* setting which is not yet fully pursued. Our method of proof relies on approximation arguments in a Hilbert space H. To assure this procedure, it is assumed that the embeddings V subset of H subset of V* are both dense and continuous.

    DOI

  • PRINCIPLE OF SYMMETRIC CRITICALITY AND EVOLUTION EQUATIONS

    Goro Akagi, Jun Kobayashi, Mitsuharu Otani

    DISCRETE AND CONTINUOUS DYNAMICAL SYSTEMS     1 - 10  2003年  [査読有り]

     概要を見る

    Let X be a Banach space on which a symmetry group G linearly acts and let J be a G-invariant functional defined on X. In 1979, R. Palais [6] gave some sufficient conditions to guarantee the so-called "Principle of Symmetric Criticality": every critical point of J restricted on the subspace of symmetric points becomes also a critical point of J on the whole space X. In [5], this principle was generalized to the case where J is non-smooth and the setting does not require the full variational structure when G is compact or isometric.
    The purpose of this paper is to combine this result with the abstract theory developed in [1] and [2] concerning the evolution equation: du(t)/dt partial derivative phi(1) (u(t)) - partial derivative phi(2) (u(t)) there exists f(t) in V-star, where partial derivative phi(i) is the so-called subdifferential operator from a Banach space V into its dual V. It is assumed that there exists a Hilbert space H satisfying V subset of H subset of V-star and that G acts on these spaces as isometries. In this setting, the existence of G-symmetric solution for above equation can be discussed.
    As an application, a parabolic problem with the p-Laplacian in unbounded domains is discussed.

  • EVOLUTION EQUATIONS AND SUBDIFFERENTIALS IN BANACH SPACES

    Goro Akagi, Mitsuharu Otani

    DISCRETE AND CONTINUOUS DYNAMICAL SYSTEMS   supplement volume   11 - 20  2003年  [査読有り]

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    Sufficient conditions for the existence of strong solutions to the Cauchy problem are given for the evolution equation du(t)/dt + partial derivative phi(1) (u(t)) - partial derivative phi(2) (u(t)) there exists f (t) in V*, where partial derivative phi(i) is the so-called subdifferential operator from a Banach space V into its dual space V (i = 1,2).
    Studies for this equation in the Hilbert space framework has been done by several authors. However the study in the V-V* setting is not pursued yet.
    Our method of proof relies on some approximation arguments in a Hilbert space. To carry out this procedure, it is assumed that there exists a Hilbert space H satisfying V subset of H H* subset of V* with densely defined continuous injections.
    As an application of our abstract theory, the initial-boundary value problem is discussed for the nonlinear heat equation: ut(x, t)-Delta(p)u(x, t)-vertical bar u vertical bar (q-2)u(x, t) = f (x, t), X is an element of Omega, u/partial derivative Omega = 0, t >= 0, where Omega is a bounded domain in R-N. In particular, the local existence of solutions is assured under the so-called subcritical condition, i.e., q < p*, where p* denotes Sobolev's critical exponent, provided that the initial data u(0) belongs to W-0(1,P)(Omega).

  • Lipschitz continuous solutions of some doubly nonlinear parabolic equations

    Mitsuharu Ôtani, Yoshie Sugiyama

    Discrete and Continuous Dynamical Systems   8 ( 3 ) 647 - 670  2002年  [査読有り]

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    This paper is concerned with two types of nonlinear parabolic equations, which arise from the nonlinear filtration problems for non-Newtonian fluids. These equations include as special cases the porous medium equations ut = div(ul∇u) and the evolution equation governed by p-Laplacian ut = div(|∇u|p-2∇u). Because of the degeneracy or singularity caused by the terms ul and |∇u|p-2, one can not expect the existence of global (in time) classical solutions for these equations except for special cases. Therefore most of works have been devoted to the study of weak solutions. The main purpose of this paper is to investigate the existence of much more regular (not necessarily global) solutions. The existence of local solutions in W1,∞(Ω) is assured under the assumption that initial data are non-negative functions in W01,∞(Ω), and that the mean curvature of the boundary ∂Ω of the domain Ω is non-positive. We here introduce a new method "L∞-energy method", which provides a main tool for our arguments and would be useful for other situations.

  • Cinfinity-solutions of Porous Medium Equations in RN

    函数方程式分科会/日本数学会(於 早稲田大学)    2000年03月  [査読有り]

  • Effect of Weight Function on the Multiplicity of Positive Solutions for Semilinear Elliptic Equations with Nearly Critical Exponent

    函数方程式分科会/日本数学会(於 早稲田大学)    2000年03月  [査読有り]

  • Evolution Equations Governed by Subdifferentials in Reflexive Banach Spaces

    函数方程式分科会/日本数学会(於 早稲田大学)    2000年03月  [査読有り]

  • Multiple Positive Solutions for Semilinear Elliptic Equations with Nearly Critical Exponent

    偏微分方程式の総合的研究    1999年12月  [査読有り]

  • Local Existence of Cinfinity-solutions for Porous Media Equations

    Free Boundary Problems 99    1999年11月  [査読有り]

  • 2つの指数をもつある2点境界値問題の解の指数に対する挙動

    実函数論分科会/日本数学会(於 広島大学)    1999年09月  [査読有り]

  • 4階非線形楕円型方程式の弱解の非存在について

    函数方程式分科会/日本数学会(於 広島大学)    1999年09月  [査読有り]

  • 変数係数をもつ半線形楕円型方程式の外部領域における解の存在条件について

    函数方程式分科会/日本数学会(於 広島大学)    1999年09月  [査読有り]

  • Existence of Multiple Solutions for Semilinear Elliptic Equations with Nearly Critical Exponent

    函数方程式分科会/日本数学会(於 広島大学)    1999年09月  [査読有り]

  • Quasilinear Elliptic Equations in Unbounded Domains

    Fucik Memorial Workshop 1999    1999年05月  [査読有り]

  • Elliptic Equations with Singularity on the Boundary

    Differential and Integral Equations   12; 3, pp.339-349  1999年05月  [査読有り]

  • Time Local Estimates for Derivatives of Solutions of Some Doubly Nonlinear Equations

    函数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 学習院大学)   104-105  1999年03月  [査読有り]

  • 外部領域における半線形楕円型方程式の正値解について- Supercritical Case

    函数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 学習院大学)   70-71  1999年03月  [査読有り]

  • Positeive Solutions for Semilinear Elliptic Equations in Unbounded Domains with Symmetry

    函数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 学習院大学)   68-69  1999年03月  [査読有り]

  • Existence of Multiple Positive Solutions for Brezis-Nirenberg Type Equations

    函数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 大阪大学)   88-89  1998年10月  [査読有り]

  • 非星状領域における Sobolev 臨界指数を含む非線形楕円型方程式の正値解の非存在について

    函数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 大阪大学)   86-87  1998年10月  [査読有り]

  • 境界上に特異性を持つ楕円型方程式の解の非存在について

    函数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 大阪大学)   84-85  1998年10月  [査読有り]

  • Degree for subdiffeventials with nonmonotone perturbations

    函数方程式論分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 名城大学)    1998年03月  [査読有り]

  • C-solutions for porous medium equations with perturbations

    函数方程式論分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 名城大学)    1998年03月  [査読有り]

  • Approximation for the first eigenvalues of some nonlinear elliptic operators in Banach spaces

    Advances in Mothematical sciences and Applications   8;1,pp.273-283  1998年03月  [査読有り]

  • C-solutions of generalized porous medium equations,

    Proceedings of the Conference on "Nonlinear Partial Differential Equations and Applications" ed. by Guo Boling and Yang Dadi, World Scientific   62-70   62 - 70  1998年  [査読有り]

  • Dynamical Systems and Time-dependent Subdifferential Operators, Proceedings of the International Conference on Dynamical Systems and Differential Equations,

    Southwest Missouri State University Press,   2, pp.153-161  1998年  [査読有り]

  • Local existence of C-solutions for porous medium equations

    Recent topics in Nonlinear Partial Differential Equations/RIMS (Kyoto)    1998年01月  [査読有り]

  • Brezis-Nirenberg-type results in strip-like domains

    函数方程式論分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 東京大学)    1997年10月  [査読有り]

  • 非連結な境界をもつある非線形楕円型方程式の弱解の非存在について

    函数方程式論分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 東京大学)    1997年10月  [査読有り]

  • 係数関数が境界上に特異性をもつ楕円型方程式について

    函数方程式論分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 東京大学)    1997年10月  [査読有り]

  • Nonexistence of positive solutions for some quasilinear elliptic equations in striplike domains,

    Discrete and Continuous Dynamical Systems   3;4,pp.565-578  1997年10月  [査読有り]

  • Nonexistence of nontrivial solutions of some quasilinear elliptic equations in unbounded domains

    workshop on Nonlinear Partial Differential Equations 1997/Saitama Univ.    1997年09月  [査読有り]

  • Smooth solutions for generalized porous medium equations

    International conference on Nonlinear Partial Differentiol Equations and Applications (Chongqing, China)    1997年05月  [査読有り]

  • Positive solutions for semilinear elliptic equations in unbounded domains involving critical Sobolev exponent

    函数方程式論分科会講演アブストラクト/日本数学会(於 信州大学)    1997年04月  [査読有り]

  • Periodic problems for heat convection equations in noncylindrical domains,

    Funkcialaj Ekvacioj   40;1,pp.19-39  1997年04月  [査読有り]

  • Nonexistence of weak solutions of nonlinear elliptic equations in exterior domains

    T Hashimoto, M Otani

    HOUSTON JOURNAL OF MATHEMATICS   23 ( 2 ) 267 - 290  1997年  [査読有り]

     概要を見る

    The nonexistence of nontrivial solution is discussed for the following quasilinear elliptic equations:
    (E)
    [GRAPHICS]
    for the case where Omega is an exterior domain such that Omega = R-N\<(Omega(0))over bar>, with Omega(0) bounded and starshaped. It should be noted that because of the degeneracy of the equation at del(u) = 0, the nontrivial solutions of (E) are not twice differentiable. Therefore there arises the necessity of discussing the nonexistence of solutions in a framework of weak solutions.
    When Omega is bounded, the second author introduced a "Pohozaev-type inequality" valid for a class of weak solutions, which is effective enough for discussing the nonexistence. We here give an exterior-domain version of Pohozaev-type inequality, whence some results on the nonexistence of solutions are derived. These suggest that concerning the existence and nonexistence of nontrivial solutions, there may exist an interesting duality between the interior problems and the exterior problems for starshaped domains.

  • Gradient estimates for solutions of some non-Newtonian filtration problems,Free Boundary Problems and Applications

    Addison Wesley Longman(with Y.Sugiyama)    1996年12月  [査読有り]

  • Smooth Solutions for Porous Medium Equations

    Conference on Nonlinear Differential Equations,National Chung-Cheng University Taiwan    1996年11月  [査読有り]

  • Semilinear Elliptic Equations with Unbounded Coefficients on the Boundary

    International Conference on Evolution Equations and Their Applications to Techonology.Hiroshima Japan(with Satoshi HASHIMOTO)    1996年10月  [査読有り]

  • Approximation for the First Eigenvalues of Some Nonlinear Elliptic Operators in Banach Spaces

    International Conference on Functional Analysis and Global Analysis.Manila Philippines(with Eduardo B.Chan.et al)    1996年10月  [査読有り]

  • Approximation of some elliptic equations in Banach spaces

    International Conference on Functional Analysis and Global Analysis.Manila Philippines(with C.Agapito,L.Parades,R.Rey P.Sy)    1996年10月  [査読有り]

  • A semigroup approach for the Zakharov equations

    International Conference on Functional Analysis and Global Analysis.Manila Philippines    1996年10月  [査読有り]

  • C-regularity for generalized porous medium equations

    関数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学会(於都立大学)    1996年09月  [査読有り]

  • Dynamical Systems and Time-dependent Subdifferential Operators

    International Conference on Dynamical Systems and Differential Equations.USA(with Masanobu Shinba)    1996年05月  [査読有り]

  • 柱状領域における準線形楕円型方程式の正値解の非存在について

    関数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学会(於新潟大学)    1996年04月  [査読有り]

  • 時間に依存する劣微分作用素によって支配される非線形発展方程式の antiperiodic 解の存在

    実函数論分科会講演アブストラクト/日本数学学会    1995年09月  [査読有り]

  • On some semilinear elliptic equations with singular coefficients on the boundary

    関数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学学会    1995年09月  [査読有り]

  • Time local estimates for derivatives of solutions of porous medium equations

    関数方程式分科会講演アブストラクト/日本数学学会    1995年09月  [査読有り]

  • 劣微分作用素に対する写像度について

    実函数論分科会講演アブストラクト/日本数学会(於都立大学)    1995年09月  [査読有り]

  • ALMOST-PERIODIC SOLUTIONS OF PERIODIC-SYSTEMS GOVERNED BY SUBDIFFERENTIAL OPERATORS

    M OTANI

    PROCEEDINGS OF THE AMERICAN MATHEMATICAL SOCIETY   123 ( 6 ) 1827 - 1832  1995年06月  [査読有り]

     概要を見る

    We construct an example of the periodic evolution system governed by the time-dependent subdifferential operators admitting almost periodic orbits which are not quasiperiodic.

  • Gradient estimates for solutions of some non-Newtonian filtlation problems

    International Conference FBP '95    1995年06月  [査読有り]

  • Heat convection equations in noncylindrical domains

    Nonlinear Analysis and Applications (with H. Inoue)/GAKUTO Inter. Ser. Math. Sci. Appl.   7  1995年  [査読有り]

  • Pohozaev-type inequalities for some quasilinear eliptic equations

    Nonlinear Analysis and Applications (with T. Hashimoto)/GAKUTO Inter. Ser. Math. Sci. Appl.   7  1995年  [査読有り]

  • The first eigenvalues of some abstract eliptic operators

    Funkcialaj Ekvacioj (with T. Idogawa)   38;1  1995年  [査読有り]

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Works(作品等)

  • An introduction to nonlinear evolution equations,発展方程式若手セミナーSummer Seminar Note

    1983年
    -
     

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 放物型方程式論の深化と放物型性の起源の探索

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2022年03月
     

     概要を見る

    研究課題に関して以下の成果が得られた.(1) 従来のミトコンドリア膨潤モデルは,ミトコンドリアの空間移動は考慮されていなかったが,実際には空間移動することが知られている.空間移動の効果を考慮したPDEモデルを構築し,解の存在と一意性及び解の長時間漸近挙動に関する解析を行った.(2) 退化する準線形作用素を主要項として持つ複素ギンツブルグ-ランダウ方程式の可解性を示した.従来の研究で仮定されていた方程式に現れるパラメータに関する技術的な条件を外し,かつ対象とする領域を一般の非有界領域にまで拡張した.コンパクト性の欠如を,局所強収束性と対角線論法で補い,技術的な条件を外す為に報告者によって開発された「劣微分作用素に対する非単調摂動理論」を援用した.(3) 非有界領域における二重拡散対流方程式の時間周期問題は,方程式の強圧性とコンパクト性の欠如から,難しい未解決問題として残されていた.方程式に付随するエネルギー空間の全空間におけるスケール変換不変性を巧みに利用することによりこれらの困難を解決することに成功した.(4) 対流項とヒステリシス効果を有する放物型方程式系の解の存在を従来の仮定を大幅に緩和した条件のもとに示した.報告者の開発した L∞エネルギー法(ソボレフの埋蔵定理に依らずL∞評価を可能にするエネルギー法)を改良することによって従来よりも複雑な方程式系にも適用することが可能になった.(5) 解の時間微分にラプラス作用素のα次の分数冪を作用させた強消散項を有する波動方程式の放物型性を解析し「αが大きくなればなるほど,方程式の放物型性が増す」という予想を覆す現象が発見された.放物型性の起源を探る上で貴重な予備的結果である.研究目的に掲げた,具体的研究計画に対しておおむね計画に沿った成果が得られている.さらに,次年度以降の目標に対する予備的な研究成果も十分に得られている.(1) 集合値項をもつ放物型方程式:多価作用素項が usc(上半連続)な場合に対する,初期値境界値問題で得られた予備的結果を完成させ論文に纏める.さらに,lsc(下半連続)な場合に対する Fryszkowski’s selection theorem の適用可能性について精査する.(2) ミトコンドリア膨潤モデル:PDE-PDE モデルを更に深化させ,解の存在と解の漸近挙動の解析を行う.さらに,拡散現象が非ニュートン流に従う,準線形問題に対しての解析にも着手する.(3) 双曲型性と放物型性との間に横たわる階層構造の解明:強消散項を持つ波動方程式の放物型性に関する予備的知見を更に進展させ,実解析性やジュブレークラスの平滑化現象のための(必要)十分条件を探る.(4) 複素ギンツブルグ - ランダウ方程式:消散系の方程式に対する時間周期問題をまず,有界領域に対して解析する.パラメーターに対する初期値境界値問題と同じ条件の下で,任意の大きさの外力に対して時間周期解を構成することを目指す

  • 変分的手法による非局所非線形楕円型方程式の研究

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2022年03月
     

  • 集合値摂動項を持つ非線形偏微分方程式の研究

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    N-次元ユークリッド空間の有界領域Ωにおいて,次の半線形放物型方程式の斉次ディリクレ型境界値問題に対する時間周期問題: du/dt - △u + β(u) + G(x,t,u) = f(x,t), u(x,0) = u(x,T) の解の存在について研究した.ここで,β(u) は(多価)単調作用素,摂動項 G(x,t,u) は一価関数の連続性に集合値関数への拡張概念である,上半連続性(usc)及び下半連続性(lsc)を有する集合値関数.G(x,t,u) が通常の一価関数である時には,G(x,t,u) の u に関するソボレフ劣臨界増大条件のもとで,外力 f(x,t) が十分小さい時に,時間周期解の存在定理がよく知られているが,G が集合値関数の時には,G の u に関するソボレフ劣臨界増大度はもとより,一次以上の増大度条件の下でも,対応する結果は存在しなかった.本研究では,一気に G が一価の場合の最良な結果を,集合値関数の場合に拡張することに成功した.本研究では(1)「β(u) が G(x,t,u) より優位である時には,大きな外力 f(x,t) に対して時間周期解が存在し」(2) 「G(x,t,u) が β(u) より優位な時でも,外力 f(x,t) が十分小さければ,時間周期解が存在する」ことを示した.X を Ωx(0,T) 上の二乗可積分空間とし,X の元 h に対して,du/dt - △u + β(u) +h = f(x,t), u(x,0) = u(x,T) の解を u_h とするとき多価写像 Ψ: h →G(x,t,u_h) に対して,Kakutani-Ky Fan の不動点定理や Tolstonogov のselection 定理を経由したシャウダー型の不動点定理をΨに適用する事により時間周期解の存在を構成した

  • 集合値摂動項を持つ非線形偏微分方程式の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(挑戦的萌芽研究)

    研究期間:

    2015年
    -
    2017年
     

  • 粘性解理論の深化と応用

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2011年04月
    -
    2016年03月
     

    石井 仁司, 大谷 光春, 長井 英生, 儀我 美一, 小池 茂昭, 三上 敏夫, 三竹 大寿, 山田 直記, 石井 克幸, 市原 直幸, 藤田 安啓

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    ハミルトン・ヤコビ方程式と粘性ハミルトン・ヤコビ方程式の解の長時間漸近挙動, 割引消去問題等の偏微分方程式の漸近問題を扱い,粘性解の漸近挙動と一般理論に関する重要な新知見の獲得等の多くの成果を挙げた.また,特異拡散方程式や積分微分方程式について解の存在,一意性等の基礎理論を整備した.ハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式の解を解析し,最小化大偏差確率の時間大域的評価,非完備な市場モデルにおける最適消費・投資問題に対する強検証定理の証明,確率最適輸送問題への研究法の開発等で成果を挙げた

  • 変分的手法による非線形楕円型方程式の大域的解析

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    2013年
    -
    2016年
     

     概要を見る

    非線形楕円型方程式 (系) に対する特異摂動問題を中心に研究を実施した. 非線形シュレディンガー方程式に対する特異摂動問題に関しては, 局所的な変分法によるアプローチを研究代表者田中は J. Byeon 氏と共に開発し, ポテンシャル関数の極大点, 鞍点に凝集する解の構成に成功した. この構成法は非常に広いクラスの非線形項に対して適用可能であり, 従来の Lyapunov-Schmidt
    法による極限方程式の解の一意性, 非退化性を要求する存在結果を大きく拡張するものである. なお, 本年度の研究において 1 点に与えられた数のピークが凝集する multi-peak 解の存在の構成にも成功している. このようなmulti-peak 解の存在は非退化条件なしには証明されていなかったものである.
    常微分方程式の Lagrange 系に対する特異摂動問題に関しては, 高振動解の adiabatic invariant を用いたプロファイルの決定および与えられた admissible なプロファイルをもつ解の構成を P. Felmer 氏, S. Martinez 氏らと共に行い成功した.
    また 2 次の相互作用をもつ非線形シュレディンガー方程式系について研究代表者は分担者小澤および林氏と共に研究に取り組み, 初期値問題の局所および大域可解性, さらには定在波解の存在を様々な設定の下で行った. また研究分担者小薗は Lax-Milgram 定理の一般化およびその楕円型方程式系への応用を, また連携研究者足達, 佐藤は準線形楕円型方程式, 非線形シュレディンガー方程式系の解の漸近挙動の研究等を行い, 塩路は非線形楕円型方程式の球対称解の研究を行い, 既存の結果をほぼすべて含む, 球対称解の一意性定理を導いた.

  • 反応拡散方程式と関連する自由境界問題の研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2012年04月
    -
    2015年03月
     

    山田 義雄, 大谷 光春, 田中 和永, 廣瀬 宗光, 中島 主恵, 竹内 慎吾, 久藤 衡介, 若狭 徹, 大枝 和浩, 兼子 裕大

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    本研究では反応拡散方程式に対する自由境界問題を解析した。この問題は数理生態学における,外来生物などの生物種の侵入・移動をモデルとしており,種の個体数密度とその生息領域が時間とともにどのように変化するかを調べることが目的である。個体数密度は反応拡散方程式で記述され,生息領域の境界(またはその一部)の運動はステファン型の自由境界条件で支配されるとする。このとき種が絶滅に至るか、あるいは生息領域が無限に拡がるとともに種が存続するか, その挙動のメカニズムを理論的に解明できた。また,生息領域が拡大する際の速度はどのように定まるか?などの問題についても詳細な結果を得ることができた

  • 双曲型性と放物型性との間に横たわる階層構造の解明

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2012年04月
    -
    2015年03月
     

    大谷 光春, 小澤 徹, 西原 健二

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    物理学をはじめとする自然科学における様々な現象を記述する偏微分方程式の数学的研究は極めて重要である.しかしながら,双曲型方程式の典型例である波の伝播を記述する波動方程式と放物型方程式の代表例である熱の伝播を記述する熱方程式とは,その解の振る舞いが著しく異なるため,その研究手法も研究者の層も乖離しているという現状がある.強い減衰項を有する波動方程式は,ある種の放物型性を発現するという,研究代表者の予備的研究を基に,減衰項を有する抽象双曲型方程式が放物型性を獲得するメカニズムを明らかにし,双曲型性と放物型性との間に横たわる階層構造を解明した

  • 非線形発展方程式及びその周辺分野の総合的研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    2009年
    -
    2012年
     

    大谷 光春, 山田 義雄, 田中 和永, 西原 健二, 石井 仁司, 小澤 徹, 小川 卓克, 剣持 信幸, 小池 茂昭, 坂口 茂, 鈴木 貴, 林 仲夫, 井戸川 知之, 石渡 通徳, 赤木 剛朗

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    物理・工学に現れる様々な非線形偏微分方程式(非線形楕円型方程式,非線形拡散方程式,非線形波動方程式,非線形シュレディンガー方程式及びそれらが結合した方程式系)に対して非線形発展方程式論の立場から,非線形関数解析学,実函数論,常微分方程式論,変分法などの手法を用いて総合的な研究を行った.

  • 反応拡散方程式系と関連する非線形問題の解析

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    2009年
    -
    2011年
     

    山田 義雄, 大谷 光春, 田中 和永, 廣瀬 宗光, 中島 主恵, 竹内 慎吾, 久藤 衡介, 若狭 徹, 大屋 博一, 大枝 和浩, 佐藤 典弘

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    本研究においては、数理生態学分野に登場する2種の競合生物の棲み分け現象や新種の侵入現象などに現れる、種の非均質性の様子を数学的に定式化して考える。このような問題は生物種の個体数密度を未知関数とする反応拡散方程式として表わされる。非線形拡散を伴う2種生物モデルに対する正値定常解集合の構造、および生物の侵入をモデルとする自由境界問題に対する展開の成功と絶滅のメカニズムについて、満足できる成果が得られた。

  • 変分的アプローチによる非線型問題の総合的研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    2008年
    -
    2011年
     

    田中 和永, 小澤 徹, 大谷 光春, 西田 孝明, 山崎 昌男, 山田 義雄, 柳田 英二, 倉田 和浩, 足達 慎二, 平田 潤, 関口 昌由, 佐藤 洋平

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    非線型問題の研究を変分的手法により行った. 特に(1) 非線型シュレディンガーおよびその連立系に対する特異摂動問題に関して凝集解の変分的構成を行い, 非常に一般的な設定の下でその存在を示した. (2) 非線型楕円型方程式 (系) の解の存在を種々の設定の下で扱い, 解の新しい変分的構成を与えた. また解の安定性, 不安定性の研究を行った. (3) 空間次元 1 の特異摂動問題においては高振動解の特徴付けと存在結果を与えた.

  • エネルギー消散を伴う非線形現象の力学系と安定性理論の研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2006年
    -
    2009年
     

    剣持 信幸, 伊藤 昭夫, 大春 慎之助, 大谷 光春, 今井 仁司, 角谷 敦, 愛木 豊彦, 白川 健, 深尾 武史, 山崎 教昭, 愛木 豊彦, 山崎 教昭, 白川 健, 角谷 敦, 深尾 武史

     概要を見る

    環境問題等、人間生活に深く関わる非線形で複雑な現象のメカニズムの解明を目的とした数学理論の構築と、その活用を物質科学・生命科学に現れる具体的な問題を対象に試みた。本研究の過程で、新しい数学理論が展開され、それにより幾つかの未解決問題への有効なアプローチが見つかった。これは、本研究の最も大きい成果と言える。さらに、この新しい数学理論は、それを基盤とした「生活数学」の創生へ発展している

  • 非線形拡散方程式系に関する解構造の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    2006年
    -
    2008年
     

    山田 義雄, 大谷 光春, 田中 和永, 中島 主恵, 竹内 慎吾, 久藤 衡介, 大屋 博一, 佐藤 典弘, 若狭 徹, 大谷 光春, 田中 和永, 久藤 衡介, 若狭 徹, 佐藤 典弘, 中島 主恵, 大屋 博一

     概要を見る

    数理生態学に現れる非線形拡散を伴う反応拡散方程式システムを解析した。これは生存競争を行う2種の生物種の棲み分け現象を記述するモデルとして定式化されたものである。正値定常解は2種の生物種の共存状態として生態学的にも意味のある解であり、このような解の構造解明が重要なテーマである。正値定常の存在を示すための理論・技法の開発をおこなった。同時に、非線形拡散係数を無限大とする場合の極限問題と、本来の問題との関係を調べることにより、解構造解明への手がかりをつかむことができた。

  • 非線形放物型方程式のアトラクターの研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(萌芽研究)

    研究期間:

    2006年
    -
    2008年
     

     概要を見る

    研究目的にかかげた目標に関する次の幾つかの興味ある成果が得られた。
    (1)我々の先行研究によって、p-Laplacianを主要項に持つ準線形放物型方程式
    u_t=△_p u+uに対する初期値境界値問題に対して、全ての解軌道を引き付ける「大域アトラクター」が、L^2で構成され、さらにそれが無限次元を持つ事実が知られていたが、これはかなり特殊な状況であり、非線形楕円型方程式に関するLyusternik-Scnirelman理論からも、その無限次元性は導出できるという難点があった。
    uをαu-b(x)|u|^q uとしても、大域アトラクターの存在とその無限次元性が導かれる
    ことが示された。これは、より一般的な非線形項f(x, u)に対しても、同様な結果が成立することを示唆する、重要な発見である。
    (2)多孔質媒質中を流れる流体(溶媒)の速度及び温度と流体中の溶質の濃度の振舞いを記述する、2または3次元有界領域におけるBrin kman-Forchheimer方程式の時間大域解の存在と一意性が、H^1に属する初期値に対して、示された。
    これによって、この方程式に対する、大域アトラクターの構成の出発点がクリアーされたことになる。
    また、よく知られているように、3次元空間におけるナビエ・ストークス方程式の一意的時間大域解の存在問題が未解決大問題である事実と比較すると、非常に興味深い知見を与えている。

  • 変分的手法にほる非線型問題の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    2005年
    -
    2007年
     

    田中 和永, 大谷 光春, 山崎 昌男, 山田 義雄, 柴田 徹太郎, 倉田 和浩

     概要を見る

    特異摂動問題の解析に重点をおき,変分的手法を用いて非線型楕円型方程式,ハミルトン系の研究を行った.
    1.特異摂動問題においては高振動解(特異摂動パラメーターεが0へ近づくときスパイクあるいは遷移層の数が無限大へと発散する解)の解析と非線型Schrodinger方程式Allen-Cahn方程式,Fisher方程式に対して行い,admissibleなadiabatic invariantに対応する解の族の構成に成功した.またGierer-Meinhardt方程式に対しては,方程式にx依存性がなくとも局所的に高振動解をもつ解が現れることをエネルギー関数等に対する極限方程式を解析することにより示した.なお,1次元Schrodinger方程式に対してはε→0のときの正値解の個数の増加に関する新しい評価を与えることに成功した.
    2.非線型Schrodinger方程式に対する特異摂動問題に関して,非常に一般的な非線型項を許容する条件の下で凝集解の構成に空間次元が1,の場合に成功した.このような試みは数多くされて来たが,今回の結果はBerestycki-Gallouet-Kavianのscalar filed方程式の結果に対応し,既存の結果を包括する.(空間次元が3以上の場合はByeonとJeanjeanにより最近示されていたが,今回空間次元が1,2の場合は未知であった.今回その場合を扱うことにに成功した.)
    3ハミルトン系に関してはprescribed energy問題を考察し,天体力学に関連したハミルトン系に対して周期軌道の存在証明に成功した.ここで得られた結果の特徴としては次の点があげられる.(a)strong force条件を一般化した条件の下での存在定理であること.(b)等エネルギー曲面S={(q,p)|H(q,p)=E}はノンコンパクト.(c)存在のための条件はハミルトン関数H(q,p)に対する条件ではなく,等エネルギー曲面Sに対する条件として与えられている.

  • 非線形発展方程式と非線形楕円型方程式の総合的研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    2004年
    -
    2007年
     

    大谷 光春, 山田 義雄, 田中 和永, 石井 仁司, 剣持 信幸, 小澤 徹, 西原 健二, 林 仲夫

     概要を見る

    (i)本研究によって開発された、「L^∞-エネルギー法」を、時間微分の非線形項を有する非線形放物型方程式に応用し、一意的時間局所解を構成した。従来の方法では、一意性を導くのが困難であったが、高い微分可能性を保証することで、これが可能になった。さらに、この手法は、走化性粘菌の行動を記述する非線形放物型方程式系やヒステレシス項を有する方程式系にも有効であることがわかり、従来の研究より大幅に弱い条件のもとで、解の存在、一意性が得られることが示された。
    (ii)p-Laplacianを主要項に持つ準線形放物型方程式に対する初期値境界値問題に対して全ての解軌道を引き付ける無限次元の「大域アトラクター」が、L^2で構成された。無限次元の大域アトラクターを持つ例は、半線形放物型方程式では全く知られておらず、このような新奇な現象が発見されたことは、極めて重要である。一方で、主要項にp-LaplacianとLaplacianを含む、ある種の特殊な準線形放物型方程式に対して、あるクラスに属する初期値から出発する解軌道を、時間に関して指数的に引き寄せる、有限フラクタル次元を持つ「指数アトラクター」の存在が示された。これから特に、大域アトラクターが有限次元であることが導かれる。すなわちこれらの知見は、半線形放物型方程式とはことなり、準線形放物型方程式に対する大域アトラクターの有限次元性と無限次元性とを支配する何らかの構造が内包されていることを示唆しており、今後の極めて重要な研究課題を提示している。
    (iii)時間に関する依存性をもつ劣微分作用素に支配される抽象放物型方程式のCauchy問題、周期問題に対して、劣微分作用素の近似列がMoscoの意味で方程式を支配する劣微分作用素に収束するとき、対応する近似解は、もとの方程式の解に強収束することが示された。周期問題に対しては、この問題は長く未解決問題として残されていた重要なものであり、これが肯定的に解決されたことは大変意義深い。

  • 劣微分作用素に対する非単調摂動理論とその物質科学への応用

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2004年
    -
    2005年
     

    大谷 光春, MINCHEV Emil Ivanov, MINCHEV Emil

     概要を見る

    (1)L^p空間では不可能であるが、L^∞空間ではじめて可能になるエネルギー評価の新たな手法である「L^∞-energy method」が開発され、様々な非線形方物型方程式に極めて有効であることが明らかにされつつある。この手法が、走化性粘菌の行動を記述する非線形放物型方程式系にも有効であることがわかり、従来の研究より大幅に弱い条件のもとで、解の存在、一意性が得られることが示された。他の非線形放物型方程式系への応用が期待される。
    (2)系を記述する種々のパラメーターの値が同じであっても、系の状態は必ずしも同じにはならず、系の状態が、パラメーターの値のみならず、その過去の履歴に依存して決定される現象を、ヒステレシス効果と呼ぶ。ヒステレシス項を有するfood-prey-predator model方程式の解の存在、正値性、有界性、一意性を保証する従来の条件が大幅に緩められた。
    ヒステレシス効果を表す項は、可能なすべてのヒステレシスループ(これは、未知関数に依存する)から作られる領域の指示関数(indicator function)の劣微分作用素で与えられるため、極めて強い非線形性を有している。このため、従来の研究では、ヒステレシス項を特徴付ける関数の2回微分までがすべて有界であるという強い条件が必要であったが、「L^∞-energy method」を応用することにより、これを2回連続的微分可能性条件にまで弱めることができた。さらに、解の一意性に対する証明が改良され、空間次元が4以下の場合まで示すことができるようになった。

  • 非線形拡散方程式系と関連する楕円型微分方程式系の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    2003年
    -
    2005年
     

    山田 義雄, 大谷 光春, 田中 和永, 中島 主恵, 竹内 慎吾, 久藤 衡介, 菱田 俊明

     概要を見る

    本研究では,準線形拡散項を伴う数理生態学モデルの正値定常解集合の構造の解析,および相転移現象を記述する半線形拡散方程式の解集合の構造の解析を主として行なった.
    数理生態学モデルでは拡散項が個体数密度に依存するprey-predatorモデル
    u_t=Δ[ψ(u, v)u]+au(1-u-cv), v_t=Δ[ψ(u, v)v]+bv(1+du-v)
    について同次Dirichlet境界条件の下で正値定常解集合の構造を解析した.この問題においてu, vはそれぞれprey, predatorの個体数密度であり,正値定常解集合が存在するための十分条件は知られており,問題になるのは正値解の形状や個数である.本研究では例えばφ(u, v)=1, φ(u, v)=1-βuとすると, βが大きいならば,適当な条件の下では3組の正値定常解が存在することを示したのみならず,それぞれの解の安定性に関する結果も得ることができた.
    相転移現象モデルとして研究した方程式ほ同次Neumann境界条件下での
    u_t=ε^2u_<xx>+u(1-u)(u-a(x)) (ただし0<a(x)<1)
    である。拡散係数εが非常に小さいときには多種多様な定常解の存在が知られている。とりわけ、関数の値が急激に変化する内部遷移層やスパイクを持つ解が最大の関心の的である。我々の研究グループとAi-Chen-Hastingsのグループが独立に研究しており,内部遷移層が現れる位置はa(x)=1/2となる点xの近傍,スパイクが現れる位置はa(x)が極値を取る点xの近傍に限られることを示した.さらに、多重内部遷移層や多重スパイクが現れる条件や解の安定性(Morse指数)と解の形状についでも詳しい結果を得ることができた.

  • 非線型微分方程式の変分法を用いた解析

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    2002年
    -
    2004年
     

    田中 和永, 大谷 光春, 山崎 昌男, 倉田 和浩, 柴田 徹太郎, 石渡 通徳, 足達 慎二, 中島 主恵

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    変分的手法により非線型楕円型方程式の解の存在,多重性の研究を行った.特に特異摂動問題の解析に重点を置いた.
    1.非有界領域における非線型楕円型方程式に関しては,一般的な非線型項f(u)を伴う方程式-Δu+V(x)u=f(u)に関して解の存在証明をmonotonicity method等を用いて与えた.従来ほとんどの存在結果ではglobal Ambrosetti-Rabinowitz条件等のf(u)に対する大域的な条件が設定されていたが,V(x)に対してある種のdecay条件を課すことにより,f(u)に対する大域的な条件を仮定することなく,解の存在を保証することに成功した.
    2.特異摂動問題としては通常とは異なる形で摂動パラメーターが導入された問題-Δu+λ^2a(x)u=|u|^<p-1>u in R^Nに関して考察を行った.λ→∞とするとき,Ω={x∈R^N;a(x)=0}(有界かつ滑らかと仮定する)を定義域とするDirichlet問題の解が現れる.ここではΩが複数個の連結成分からなる場合に,各成分上Dirichlet問題の解が与えられたとき,その解にλ→∞のときに収束するR^N上の界u_λ(x)が存在するか否か研究を行った(connecting problem).従来,このような問題は極限問題の解の非退化性の仮定の下で議論されることが多いが,ここではp∈Nのとき非退化性を全く仮定せずに論じることに成功した.なお関連する話題として,生物モデルにおけるdisruptedな環境をモデルとした解析を行い,安定解の多重性等を見いだした.
    3 特異摂動問題に関しては,従来変分的に全く研究されていなかった高エネルギー(振動)を持つ解の族の特徴づけおよび存在問題の研究に取り組み,力学系におけるaveraging theory (theory of adiabatic invariants)と関連する結果を得た.特に,'極限エネルギー関数'を用いた解のパターンの記述,逆にadmissibleなパターンに対してそれを実現する解の族の構成に成功した.

  • 相転移現象を記述する力学系の構造と安定性の研究

    日本学術振興会  科学研究費助成事業

    研究期間:

    2001年
    -
    2004年
     

    剣持 信幸, 蔵野 正美, 越川 浩明, 大谷 光春, 愛木 豊彦, 伊藤 昭夫, 鵜沢 正勝

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    本研究計画の課題は(1)相転移現象のモデル化と数学理論の開発(2)関連の最適制御問題の設定と数値シミュレーション(3)研究成果の学校教育への還元の3つであった。課題(1)では、熱力学の基本法則を基盤にして、相転移を伴う物質の数学的表現を通し、時間の発展と共に物質の構造(相変化、成分分離、破壊、原子の秩序)がどのように変化するかを力学系理論の立場から考察した。特に、研究計画後半の2年間、破壊のプロセスを念頭に置いた不可逆相転移現象のモデルのクラスを提案し、その数学理論の開発を行った。15年間構築されてきた、劣微分作用素論とうまく融合したことにより、予想以上の成果が得られた。課題(2)についても、ヒステリシス関数を制御パラメータとする最適制御問題の理論的研究はほぼ目的を達成し、部分的な数値シミュレーションを実行した。計算アルゴリズムについてはまだまだ改良の余地が多く残されている。上記の2課題(1)、(2)について、多くの学術論文が本研究計画の成果として発表された。また、この研究計画期間中に、国際研究集会を2度主催し、国際的レベルでの活動を積極的に行った。課題(3)については、本研究計画で主催した研究集会「相転移現象の数学と関連した数学教育」において多くの実践研究の成果が報告された。その内容は、時間と共に刻々と変化する(身の回りの)現象に着目し、その力学系の学校教育教材としての付加価値を検証し、実践を行った報告である。これらの教材開発研究は生きた「数学」の学習を体感させるための新教材として発展する可能性が期待され、今後の研究の新展開が大いに注目されている

  • 非線形発展方程式及び非線形楕円型方程式の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    2000年
    -
    2003年
     

    大谷 光春, 石井 仁司, 田中 和永, 山田 義雄, 坂口 茂, 鈴木 貴, 林 仲夫, 西原 健二

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    1)従来の方法では得られなかった、準線形放物型方程式の解の高い微分可能性を保証する「L^∞-エネルギー法」を開発した。この方法により、まず、充分一般的な二重非線形放物型方程式のリプシッツ連続な時間局所解の存在が示され(1996,2002)、さらには、1950年代以来、未解決であった「Porous Medium方程式はC^∞-級の時間局所解を許すか?」という問題が肯定的に解決されるという重要な知見が得られた(2001)。「L^∞-エネルギー法」は、これらの成果のみならず、いろいろな局面で応用可能な極めて有用な解析手段を与えていることを、現在進行中の研究が示唆している。
    2)「劣微分作用素の非単調摂動理論」が、バナッハ空間上の枠組みへ拡大された。これにより、従来ガレルキン法で構成されていた退化放物型方程式の解の存在と正則性がより自然な枠組みで、より一般的な条件のもとで、議論できるようになり、いくつかの具体的な方程式に対して、従来の方法では解決できなかった未解決問題が解決された。
    3)部分対称性を有するConcentration Compactness理論を構築した。コンパクト性の欠如した問題を解析する有力な方法として、Concentration Compactness理論が知られているが、一方で球対称性などの高い対称性がある場合には、コンパクト性が回復することが知られている。コンパクト性が回復しない程度の部分的対称性が存在する場合に、Concentration Compactness理論がどのように、その部分対称性を反映するかを解明した。この応用として、無限柱状領域において、臨界指数を越える非線形性をもつ楕円型方程式の非自明解の存在が示された。
    4)「ある条件のもとでは、対称性をもつ部分空間での臨界点が、全体での臨界点を与える」というR.Palaisによる対称臨界性原理は、本来変分構造をもつ楕円型方程式に限られた理論であった。
    この理論が、必ずしも変分構造をもたない楕円型方程式や時間発展を含むの発展方程式へ適用可能な一般的な理論に拡張された。これにより、従来の理論では不可能であった、放物型方程式や波動方程式への応用の道が開かれた。
    5)劣微分作用素を含む多価写像に対する写像度の理論が構築された。これにより、従来ではカバーできなかった、種々の多価性をもつ非線形偏微分方程式への写像度の理論が適用可能になった。
    6)劣微分作用素に対する非単調摂動理論を,マイクロポーラ電磁流体の初期値境界値問題及び時間周期問題などに適用できるように改良した。

  • 非線形拡散方程式系および関連する界面問題の解析

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    2000年
    -
    2002年
     

    山田 義雄, 廣瀬 宗光, 田中 和永, 大谷 光春, 竹内 慎吾, 中島 主恵

     概要を見る

    本研究において得られた研究成果は、次のような準線形拡散項を含む反応拡散方程式系
    【numerical formula】
    に対する定常問題と非定常問題に対するものに大別される。このシステムは同一領域で生存競争する2種類の生物の棲み分け現象を記述する数理モデルとして有名である。未知関数u, vは個体数密度を表わし、f, gはu, v間の相互作用を表し、Lotka-Volterra型の競合モデルまたはprey-predatorモデルを扱う。
    (1)非線形拡散(cross-diffusion)を伴う上記モデルに対する非定常問題に対しては、時間大域解の存在に関する既知の結果は空間次元が2以下のケースに限られていた。本研究では、α,γ>0の場合、他の方程式の拡散項が線形(β=δ=0)ならば、空間次元や初期データの大きさと無関係に大域解が一意的に存在すことを示すことができた。うまくいった理由は、システムを準線形放物型方程式と半線形放物型方程式に分解し、各方程式についての基本解評価とself-diffusion項をフルに活用したアプリオリ評価を効果的に組み合わせた点にある。この方法はδ>0のケースにも適用することができ、空間次元が5以下の場合に大域解の一意的存在を示すことができた。
    (2)上記モデルに対する定常問題について、正値定常解は共存解として数理生態学的に大きな意味があり、その個数を知ることは重要な問題である。本研究においては同次Dirichlet境界条件下、いかなる条件で複数個の共存解が存在しうるか、を集中的に調べた。その結果、線形拡散で相互作用が非常に大きい競合モデルや、非線形拡散(cross-diffusion)の効果が非常に大きいというprey-predatorモデルにおいて、複数個の共存解が存在し得る条件を明らかにすることに成功した。

  • 変分的方法による非線型微分方程式の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    1999年
    -
    2001年
     

    田中 和永, 柴田 徹太郎, 倉田 和浩, 大谷 光春, 足達 慎二, 中島 主恵, 郡 敏昭

     概要を見る

    変分的手法により非線型微分方程式の解の存在問題に関する研究を行った.得られた成果は非線型楕円型方程式,特異摂動問題に関するものとハミルトン系に関するものに大別できる.
    1.非線型楕円型方程式に関しては非有界領域状のスカラーフィールド方程式の正値解の存在,多重性を空間変数xの依存性をもつ場合に研究を行った.方程式の空間変数xへの依存性からの解集合への影響に関して考察を行い,そのデリケートな依存性を見いだした.特に依存性がいかに小さくとも解空間に大きな影響が起こることを示し,非常に小さな摂動ののちに4つの正値解をもつ方程式の例等をあげた.
    2.また空間非一様性をもつ非線型楕円型方程式に対する特異摂動問題を考察した.得られた成果としては(a)1次元問題に対し,新しい有限次元問題への帰着法を導入し,変分的アプローチと共に用いることにより,1点に集中する複数個の内部遷移層あるいは境界層をもつAllen-Cahn型方程式の解の構成し,また1次元非線型Schrodinger方程式に対する1点に複数個のspikeが集中するような半古典極限解の族の構成に成功した.(b)一般的な非線型項g(u)を伴った非線型楕円型方程式に関して,そのMountain Pass Theoremを用いた特徴付けを非常に広いクラスの非線型性に対して与え,その応用として高次元でのspike解の存在証明が,漸近的に線型のオーダーをもつ非線型項をも含む,非常に広いクラスの非線型項に対して可能となった.
    3.ハミルトン系に関しては,2体問題型の特異性をもつハミルトン系を主に扱った.まず複数個のstrong force typeの特異点をもつハミルトン系に対し,非常に複雑な(記号力学系に対応する)解軌道族を構成した.また特異点集合Sが1点でなく体積をもつ場合,特異性V(q)〜-1/dist(q,S)^αのオーダーαがいかに小さくとも-いわゆるweak forceの条件の下でも-周期軌道が存在することを見出した.

  • 相転移を伴う非線形現象のモデリングと解析

    科学研究費助成事業(千葉大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    1999年
    -
    2000年
     

    剣持 信幸, 越川 浩明, 鵜沢 正勝, 蔵野 正美, 愛木 豊彦, 大谷 光春, 角谷 敦

     概要を見る

    本プロジェクトでは、線形・非線形作用素論から反応拡散系方程式、波動方程式、シュレディンガー方程式、相転移モデルやそれに関連する数値解析に至るまで実に多様な研究成果が得られた。特に、学際的見地に立った極めてレベルの高い研究が発表されている。例えば下記のような研究結果が上げられる。
    ●環境問題に関連して、広島湾における赤潮の発生メカニズムに関する数学的解析と数値シミレーションを行った。これは非線形発展方程式理論の立場から環境問題の解決に積極的に寄与しようとする試みである。また、火山の噴火に伴う溶岩流の凝固現象を非柱状領域のステファン問題として捉え劣微分作用素論の立場からモデリングをした。
    ●メゾスコピックスケールでの液体・固体相転移現象のモデルとして得られた非線形放物型方程式系の安定性理論を展開した。こめ理論では、全く新しい「(空間的)局所安定性」の概念が導入され、定常解の安定性の特徴づけがこの概念で行われている。この概念は、物理的には相(液相・固相)の消滅や成長のメカニズムを説明するもので極めて重要である。
    ●様々な非線形現象を力学系として捉えたとき、時刻と共に現象がどのように進んでいくか、或はどのような挙動に近づいているか等を数学的に評価する手段として大域的アトラクターの概念がある。多くの非線形現象モデルに対応する十分一般的力学系に対しその大域的アトラクターの構成法を確立した。

  • 外磁場中のGinzburg-Landau方程式の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    1997年
    -
    2000年
     

    堤 正義, 穴田 浩一, 井戸川 知之, 大谷 光春, 石渡 哲哉, 平田 大介

     概要を見る

    1.定常状態のマイスナー効果を巨視的に表現する拘束条件をGinzburg-Landauのエネルギー汎関数に付加して、その最小化問題を考え、それをペナルティ法を用いて解き、その非自明な解の存在定理を得た。さらに、その数値シミュレーションを行い、その解が巨視的にマイスナー効果をよく表現していることを確認した。
    2.外部磁場中の時間依存のGinzburg-Landau方程式とMaxwell方程式の連立方程式に対する初期値境界値問題の大域的弱解と境界の存在と一意性定理の研究を空間二次元と三次元の場合に行った。
    最初にL_2空間の枠組みでガレルキン法を用いて、大きなデータの一意存在定理を示し、さらに、L_3空間の枠組みで、大きなデータに関しては局所解の一意存在定理を線形半群の理論と非線形項の適切な評価を用いて、最初全空間で、次に有界または非有界領域の場合に確立した。
    さらに、自明解の安定性を示すことにも成功した。
    3.時間依存のGinzburg-Landau方程式の数値解析は、単に離散化すると、方程式のゲージ不変性が失われて、なかなか適切に現象を捉えることが出来ない困難さがある。本研究では、時間ゲージを採用し、方程式をうまく変形すると、その離散化が全自由エネルギーが時間とともに単調に現象するような差分スキームが構成できることに着目し、それを用いて、第一種と第二種の超伝導状態の時間的変化を外部磁場の下で数値シミュレーションした。その結果は、物理理論の正当性をよく示すものであった。

  • 非線形放物型方程式系と関連する楕円形方程式系の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    1997年
    -
    1999年
     

    山田 義雄, 竹内 慎吾, 中島 主恵, 大谷 光春, 堤 正義, 廣瀬 宗光, 西原 健二

     概要を見る

    本研究の主たる成果は反応拡散方程式の解集合の構造と個々の解の形状に関わる以下の2つのテーマに分類される。
    (1)cross-diffusion項を含む反応拡散方程式系の解析:ここではLotka-Volterra型の競合関係をモデルとする反応項とcross-diffusion項と呼ばれる拡散項からなる方程式系を扱った。数理生態学分野に現われる方程式であり、数学的に重要な課題は時間大域解が存在するための十分条件を確立すること、および共存解として大きな意味がある正値定常解集合の構造を知ることである。非定常問題に関しては空間次元が1および2の場合に、大域解の存在条件を得ることができた。また、定常問題については同次Dirichlet境界条件下で正値定常解が存在するための十分条件を調べるとともに、その一意性・非一意性を理論的および数値解析的に調べた。その結果、相互作用の係数が一定の条件をみたせば正値解が2個以上存在し得ることが理論的に明らかになった。さらに数値解析によれば、空間次元が1の場合でも半自明解から対称な正値解の分岐、さらに対称分岐解から非対称な共存解の分岐というように、解集合は非常に複雑になることが示された。これは理論的には未解明であり、今後解明していかなければならない。
    (2)pラプラシアン項と反応項からなる準線形放物型方程式の解析:pラプラシアン項はその非線形性と退化性があいまって解析に困難を伴う一方、線形拡散とは大きく異なる非線形現象がもたらされる。この研究では定常問題の解集合の構造について、空間次元1の場合のみならず、高次元の場合もかなり詳しく情報が得られるとともに、解の形状についてもフラットハットと呼ばれる退化型拡散特有の性質・形状が調べられた。また、非定常問題に関して解の時間空間的変化についても従来知られていなかった結果を示すことができた。

  • 非線形発展方程式と楕円形方程式の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(B))

    研究期間:

    1997年
    -
    1999年
     

    大谷 光春, 石井 仁司, 田中 和永, 山田 義雄, 坂口 茂, 鈴木 貴, 林 仲夫, 堤 正義

     概要を見る

    楕円型方程式(I)方程式(E)-△u=|u|^<q-2>u x∈Ω, u(x)=0 x∈∂Ω に対して,次の定理を得た.
    「Ω=R^N\B_R, B_R={x∈IR^N ; |x|【less than or equal】R}, 2^*<q<+∞(2^*は, ソボレフ型埋蔵H^1_0(Ω)⊂L^q(Ω)の臨界指数)とするとき, (E)はH^1(Ω)∩L^q(Ω)に属する(球対称)非自明解をもつ. 」1<q【less than or equal】2^*の場合には, 非自明解が存在しないことが既に知られており, 有界領域に対する既知の結果との双対性から, 予想されていた長年の未解決問題が肯定的に解決された有義は極めて大きい.
    (II)方程式(E)_λ-△u=λu+|u|^<q-2>u x∈Ω, u(x)=0 x∈∂Ωに対して:
    (1)Ω=Ω_d×R^<n-d>(R^Nの非有界柱状領域), q=2^*, d【greater than or equal】1, N【greater than or equal】4 とするとき, 任意のλ∈(0, λ_1), λ_1=inf_<v∈H^1_0>(Ω)‖∇u‖^2_L_2/‖u‖^2_L_2>0に対し, (E)_λは非自明解をもつ. この結果は, 有界領域に於けるBrezis-Nirenbergの結果の非有界柱状領域への拡張を与えている. (2)Ω=Ω_d×R^<N-d>, Ω_dをd-次元円環領域とするとき, q>N_d=2(N-d+1)/(N-d+1-2)ならば, (E)_λは非自明解(適当なクラスに属する弱解)を持たない. 2<q【less than or equal】2^*に対しては, (E)_λは非自明解をゆるすことが知られており, 2^*<q【less than or equal】N_dの場合が最近, 次のように解決された:(i)2^*<q【less than or equal】N_dの場合は, 解が存在し, (ii)q=N_dの場合は, 解が存在しない. 即ち, この事実から, 「領域のd次元対称性は, 実効的次元を(d-1)次元だけ減ずる効果をもたらす」ことが結論づけられた.
    (III)方程式(E)_1 -△u+u=a(x)|u|^<q-2>u+f(x) x∈IR^N, 2<q<2^* 0<a(x), |a(x)-1|【less than or equal】Ce^<λ|x|>, λ>0に対して, ‖f‖_<H-1(R^N)>が十分小さければ, (E)_1は少なくとも2つの正値解をもつ. さらに, f=0かつq<2^*が十分2^*に近い場合, 正値解の多重性が係数関数a(x)の最大値与える点xのなす集合の位相的性質(カテゴリー)に支配される現象が発見された. この現象は, 今後の進展が期待される重要な課題となろう.
    放物型方程式 (I)porous medium方程式の弱解のHolder連続性が良く知られていたが, 滑らかな(局所)解の存在については, 長く, 未解決問題として残されていた. これに対し, 大谷-杉山により, より一般的な方程式に対して, Lipshitz連続な時間局所解が構成され, ここで開発された, L^∞-エネルギー評価法を発展させ, C^∞(IR^N)に属する局所解の存在が証明された. 長年の大きな未解決問題が解決された意義は極めて大きい.
    (II) (E)に対する, 非定常問題に対し, q=2^*のときの解の漸近挙動の決定は, 未解決の問題として残されていたが, 今回, 次のような手掛かりが得られた. 「q=2^*, Ω={x∈R^N;|x|<1}かつ, 解u(x, t)は正値, 球対称でr=|x|に関して単調減少ならば, 解は有限時間で爆発するか, または時間大域的に存在して, 次をみたす. 「ある点列{t_n}が存在して, 測度の意味で|∇u(x, t_n)|^2-C_0δ(0) (n-∞). |u(x, t_n)|^<2*>-C_0δ(0) (n-∞)」この結果, critical case(q = 2^*)では, デルタ関数がsubcritical case(q <2^*)の場合の定常解に相当していることを示す意味で, 大変重要な示唆を与えているが, 技術的な強い仮定を要する点で不満が残る. 自然な仮定のもとでの解決が, 今後の課題となろう.
    (III)2次元有界領域でのKeller-Segel方程式(粘菌の生態を記述する走化性方程式)に対する初期値・境界値問題の大域解の存在が示された. 更に, 孤立爆発点で解はデルタ関数的な特異性を持つ事を示された. この事実からも, (II)における問題との楕円型方程式を介した密接な関連性がうかがえる. この視点からの今後の研究が望まれる.

  • 相転移を伴う非線形現象の数学的研究

    科学研究費助成事業(千葉大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    1997年
    -
    1998年
     

    剣持 信幸, 伊藤 昭夫, 愛木 豊彦, 腰越 秀之, 鵜沢 正勝, 蔵野 正美, 松尾 七重, 角谷 敦, 大谷 光春

     概要を見る

    本研究は、相転移を伴う非線形現象について、モデリング、理論解析、数値シミレーションを行う学際的かつ総合研究である。平成9年度及び10年度の研究成果は次のとおりである。
    1. 液体・固体、固体・固体相転移のモデルを再検討し、現象論的な立場から、従来のものよりもより現実的なモデル(モデルA)を提案した。その記述に非線形解析学の劣微分作用素を有効に使い、非線形放物型偏微分方程式系としてモデル化することに成功した。更に、ヒステリシス効果を考慮した新しいモデル(モデルB)は時間依存の2重オブスタクル問題に帰着出来るこたが示された。
    2. 上記の新しいモデルAについて、理論解析を行い、解の大域的存在、一意性の証明に成功した。モデルの理論解析のために新しい数学的テクニックが開発されたが、その中でも、30年間未解決のままであった非線形楕円型作用素の問題を解いた事は大きな碩究成果といえる。モデルBについては、解の一意性証明はまだ未解決のままである。
    3. 数学的道具の開発のために、ヒルベルト空間における凸関数の劣微分作用素が生成する十分に一般的なクラスの力学系の枠組みで、大域的アトラクターの理論を展開し、漸近安定性を論じた。
    4. 上述の問題に関連し、数値実験を試みた。

  • 非線形放物型方程式系と関連する楕円型方程式系の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    1996年
     
     
     

     概要を見る

    今年度の研究成果は、"cross-diffusion"と呼ばれる拡散項をもつLotka-Volterra型モデルに対する定常解集合の研究と、退化型拡散項(p-Laplacian)をもつ放物型方程式の解のダイナミックスの研究の二つに分けられる。
    1.数理生態学における"biodiffusion"のなかには"cross-diffusion"と呼ばれる重要な非線形拡散がある。同一の領域で生存競争している2種以上の生物の固体密度を未知関数として定式化すると、"cross-diffusion"の効果により、拡散係数が固体密度にも依存するような準線形拡散方程式系となる。このようなモデルは1979年に提起され、数値実験では分岐やパターンの形成などの興味深い現象が見られるにもかかわらず、理論的な解析は十分ではない。我々の研究グループは数年前から正値定常解集合の解明に取り組み、正値解が存在するための十分条件や必要条件を見いだしている。今年度は解の多重性に関して非線形拡散がいかなる影響を及ぼすかを調べ、写像度の理論と分岐理論を組み合わせて、正値定常解が2個以上存在する状況を新たに発見した。
    2.p-Laplacianを含む拡散方程式にたいしてChafee-Infanteタイプの非線形項を付け加え、解の挙動、定常解集合の構造、安定性を研究した。空間次元1のケースに限定されるが、定常解集合の構造を完全に解明することができた。とくにp-Laplacianの退化性のため、定常解集合の構造は非退化のときと全く異なり、非可算集合となる。さらに、解のプロフィール、解の分岐構造、解の個数、安定性について今まで知られていなかった情報が得られた。今後は、空間次元の高いときの解集合の構造も調べたい。

  • 非線形楕円型方程式とその周辺に関する研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(基盤研究(C))

    研究期間:

    1996年
     
     
     

     概要を見る

    計画調書の研究目的にかかげた目標に関連した主たる成果は以下の通りである。
    1.非線形項が境界で特異性を有する半線形楕円型方程式 -Δu(χ)=Κ(χ)u^β(χ)/(1-|χ|)^α χ∈B={χ∈R^N;|χ|<1}に対して、変分的手法により以下の結果を得た。
    (1)β+1【greater than or equ
    非自明古典解(C^2(B)∩C^1(B^^-)に属する解)は存在しない。
    (2)0<α<min(β+1,(β+1)/2+1),α<2^*=(N+1)(N-2) ならば、非自明古典解が存在する。
    (3)0<β【less than or equal】1,β+1【less than or equal】α<(β+1)/2+1 ならば、Holder連続な非自明解が一意的に存在する。これらの成果は、従来の結果を大幅に改良したもので、その全貌がほぼ解明されたと言える。しかしながら、1<β,(β+1)/2+1【less than or equal】α<β+1 の場合の
    2.非有界領域における弱解に対するPohozaev型の不等式が、星状領域の外部領域及び柱状領域に対して確立され、準線形楕円型方程式の弱解の非存在に応用された。この結果、解の存在・非存在に関して、星状領域の内部と外部との双対性が明らかにされ、この分野における重要な知見が得られた。
    3.Pohzaev型の(不)等式に依らない、正値解の非存在の為の新たな手法の端緒が開かれた。これは、領域は平行移動不変性と正値解の一意性の議論を組み合わせた議論によるもので、正値解の一意性がよく調べられている、固有値問題、sub-linear(sub-principal)caseに対して有力な道具を提供するものである。この手法のより一般的な場合への拡張が期待される。
    その他、これに関連する周辺の成果も多数得られている。

  • 各種微分方程式の数理解析および数値解析

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1994年
    -
    1996年
     

    室谷 義昭, 田中 和永, 提 正義, 郡 敏昭, 大谷 光春, 山田 義雄, 和田 淳蔵

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    特異摂動問題から導かれる差分方程式等の非対称行列を係数行列とする連立方程式に対し、SOR-likeな反復法を用いて解く際に有効な計算法として“順序付き改良SOR法"を提案し、その理論面と実用性を研究の主テーマとして取り組んだ。
    三重対角行列の場合に対し、改良SOR行列のスペクトル半径を0とする緩和係数を調べ、行列のLU分解のピボットの逆数と対応させるものn組を求め、それを用いた実用的なアルゴリズムを提案した。
    2次元定常移流拡散方程式を離散化して得られるブロック三重対角行列を係数行列とする連立方程式に対して、三重対角行列の場合の結果を応用した実用的な計算法として緩和係数を各ブロックごとのみならず、各反復ごとに変え、有限回で収束する手法である“適応的順序付きブロック改良SOR法"を提案した。
    次に、三重対角行列及びブロック三重対角列を係数行列とする連立方程式に対し、そのぞれ1回で及びn回で収束する順序付き改良SSOR法を提案する。またこの他に順序付き改良SOR法の一般的な収束定理を、一般化優対角行列に対しては判定法に役立つ必要かつ十分条件を求めた。
    “基本LUL分解"なるものを考えることにより、Hessenberg行列及び特殊な行列のあるクラスに対する具体的な反復行列のスペクトル半径を0とする簡単な緩和係数の決め方を得た。

  • 非線形偏微分方程式系の総合的研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1994年
     
     
     

     概要を見る

    研究代表者及び理工学部所属の解析学分野分担者を中心とした、外部にも開かれた定期セミナーを早稲田大学理工学部内において週一回(計21回)開催した。この会(応用解析研究会)には、研究分担者のみならず、東京近郊の若手研究者が多く参加し、研究課題関連の話題について活発な討論、意見交換がおこなわれ、研究を遂行する上で非常に有意義であった。また研究経過発表会を数回おこなった。具体的成果については、個々の単独(非線形楕円形、放物型、双曲型、分散型)方程式に関する多くの成果のほかに、Davey-Stewartson(完全流体の表面波)方程式系に対し、弱解の存在と一意性及びその漸近挙動(時間とともに解のある種ノルムが零に近づく)が解明された。
    また、界面で化学反応を起こしている拡散方程式系、伝染病をモデル化した反応拡散系について、大域解の存在を示しその漸近挙動を決定した。更に、熱対流と非圧縮性粘性流との混合方程式系に対しては、流体の占める領域の境界が時間とともに変動する、非柱状領域における初期値境界値問題、周期問題の強解の存在と一意性が、柱状領域における熱伝導と粘性流に対してそれぞれ知られている結果を含む極めて一般的な枠組みで解決された。しかしながら、このように多くの成果があげられた一方、最終目標であったシュレディンガー混合型方程式系の多くを含む統一的理論を構築するという課題については、いくつかの有力な手がかりは得られたものの、達成するには至らなかった。今後の課題としたい。

  • 非線型放物型方程式系及び楕円型方程式系にたいする解集合の研究

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1993年
     
     
     

     概要を見る

    非線形放物型方程式系と関連する楕円型方程式について研究を進めてきたなかで、今年度中に成果が得られた研究テーマは、[1]フイードバック効果をもつ反応拡散方程式系についての解集合の構造、[2]数理生態学にあらわれる準線系放物型方程式系について、の二つである。[1]の研究においては、数値実験の結果から、フイードバックのメカニズムは反応拡散方程式系の解にたいして振動現象をもたらすことが観測されている。ノイマン境界条件の下で拡散方程式系の解が、振動しながらも終局的には定常解に収束するのはどんな場合かを解析した。その結果、定常解が大域的に漸近安定となる条件、および、局所的に漸近安定となる条件をわかりやすい形で導くことができた。さらに適当な定数をパラメーターとみなして変化させるとき、定常解が不安定となる状況が起きる。このときには定常解から周期解が分岐することが証明され、分岐した周期解の軌道安定性を調べることができた。周期解が必ずしも軌道安定になるとは限らないこともわかり、将来さらに詳しい解析を進める必要がある。また、[1]の方程式系をディリクレ境界条件の下で解析すると、解の漸近挙動を調べる際にノイマンのときにはなかった難しさがあらわれる。定常問題の解集合の構造が単純ではない点である。対応する楕円型方程式系の正値解を見つけることが重要であり、不動点定理や写像度の理論を使って解の存在を示すことができた。ただし、解集合の情報は完全ではなく、今後も研究を続けなければならない。[2]は二種類の生物が競合している状況をモデルとしていて、二つの方程式の間で拡散効果が相互作用をしている。このような数学的難点を克服して、かなり自然な条件のもとで有界な大域界を校正することができた。今後は、この解の時間無限大での漸近挙動を調べる予定である。

  • 場の理論の数学

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1991年
     
     
     

     概要を見る

    2次元共形場理論の出発点は,複素解析的にouカーstateとin stateを記述することにある。4次元共形場理論においても複素解析的手法を適用し,粒子場と反粒子場とが,各々複素平面のはりあわせとして関係していることを示し,共形場理論への出発点を与えることができた。
    S^4上のディラック作用素と赤道S^3上のハミルトニアンを複素ベクトル場を成分とする行列で具体的に表示することにより,S^4上の調和スピノ-ルの特徴づけを与え,またS^3上のハミルトニアンの固有値および完全固有スピノ-ル系を求めた。一方S^3へのSU(2,D)の左及び右からの作用より得られる最高ウエイメト表現に附随した球函数を2次元複素座標により表示した。これは初等的な結果であるが新しい。この球函数の族が上記固有スピノ-ルを系統的に与えることがわかる。この固有函数系に自然に附随してS^3上の無限次元グラスマン多様体が構成される。このグラスマン多様体の各元はS^4の北半球,南半球のスピノ-ルに境界系件を与えていると考えられる(witten's idea)が,このtransmission問題を考え解訳した。とくにディラック作堂素の指数定理の直接計算による証明が得られた。さらに進んでフェルミオン・フォック空間を導入した。ヴィラソロ代数の4次元の類似を探することが今後の問題となる。(以上 郡)
    量子群の研究に関しいは,A_< nー1>型のヘッケ代数により量子群Vg(gl(n+1))の表現の指標を訳定する研究が行なわれた(上野)
    この他,函数解析の基本的定理に関して,Whitteyーschwartzによるdistribntionの特徴づけの定理の精密化が得られた(垣田)

  • 極の存在についての研究

    科学研究費助成事業(東海大学)  科学研究費助成事業(一般研究(C))

    研究期間:

    1989年
     
     
     

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    今年度における研究目標はかなり達成できた。特に頂点(回転の中心となる点)をもつ回転面に関しては予想より非常に良い結果を得た。まず基本的性質として、頂点をもつ回転面上の極の作る集合は、頂点を中心とするある半径の閉球をなすことがわかった。次に回転面上の極が2個以上あるための同値条件を、関数L(t)だけの簡単な性質だけで表すことができた。ただし、L(t)は、頂点を中心とする半径tの円の長さを表す。マンゴルトの回転面と呼ばれる回転面を定義し、この回転面上の最小軌跡を完全に決定することに成功した。いくつかの興味深い例を作ることにも成功した。非連結な最小軌跡をもつ回転面、ある点でガウス曲率が正であるが、共役点を持たない回転面の例、極を沢山もつマンゴルトの回転面の例等を見つけた。またマンゴルトの回転面上において、極の作る閉球の半径は、L(t)だけで表せるある幾何学的な等式を満たすことも証明した。最後に主定理を述べるのに必要な定義をしておく。Mを回転面、PをMの頂点とする。各q(Mの点でPでない点)に対して、μ_qをPからでて、qを通る測地線、またt_qをqからでてpを通る測地線とする。ただし、各測地線のパラメ-タ-はその孤長にとるものとする。dをM上のリ-マンの距離関数とするとき、次の定理を証明した。
    主定理、Mをマンゴルトの回転面とする。各xに対して、xの最小軌跡C_xは空集合であるか、C_x=u_x〔d(p,x)∞〕である。ただし、xはt_xに沿うxの第一共役点を表す。

  • 対称臨界性原理とその非線形偏微分方程式への応用

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    対称臨界性原理とは、「Banach空間X上で定義された汎関数Jに対し、ある群Gの作用に関して不変な部分空間X_G上でのJの臨界点が、X全体でのJの臨界点を与える」という原理である。この原理は、Jの汎関数(フレッシェ)微分を、劣微分作用素を含むかなり一般的な多価作用素Aに置き換えても成立することが、本研究により示されている。さらに、作用素Aが、必ずしも変分構造を有していない場合に対して拡張することが可能(AがG-共変であれば十分)であり、時間発展を伴う発展方程式に対して有用であろうことが期待されていた。(1)非線形放物型方程式、波動方程式、シュレンディンガー方程式等への応用考えるとき、時間に関する微分作用素d/dtがどのような空間でG-共変となるかを調べることは重要であるが、今回L2(0,T;X),X=L2(Ω),L2(Ω)xL2(Ω),H10(Ω)xL2(Ω),などでそのG-共変性(G=O(N))が確かめられた。これらの空間は、上記の諸方程式を抽象発展方程式に帰着させるときに現れる基本的な空間であり、これは、今後の発展方程式への応用研究において重要な知見である。(2)放物型方程式の時間大域解の漸近挙動を解析する際、コンパクト性は強力なな道具を提供する。一般の非有界領域では欠如しているソボレフの埋蔵定理にかかわるコンパクト性が、回転対称性を有する関数からなる部分空間においては、恢復するという事実に基づき、ある種の回転対称性を有する非有界領域におけp-Laplace作用素と爆発項を含む非線形放物型方程式の対称大域解のW1,p-有界性が確かめられた

  • 微分方程式の粘性解理論とその応用の研究

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    微分方程式の粘性解理論とその応用の研究に関して、境界値問題の粘性解、弱KAM理論、粘性解の正則性、最適化問題、微分方程式の種々の漸近問題、曲率流や界面の時間発展、質量輸送の問題、工学・経済の問題を研究した。本研究組織のこれまでの研究の蓄積の上に、個々の課題に対して多くの新しい知見を得ることが出来た。特に、弱KAM理論におけるオーブリ集合の研究とその漸近問題への応用での貢献は大きい

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Misc

 

特別研究期間制度(学内資金)

  • 非線形発展方程式論とその応用

    2017年04月
    -
    2018年03月

    ポルトガル   アヴェイロ大学

    フランス共和国   パリ大学・J.L.Lions 研究所

    ドイツ共和国   ヘルムホルツセンター(ミュンヘン)

特定課題制度(学内資金)

  • 非線形放物型方程式に軸足を置いた非線形偏微分方程式の総合的研究

    2016年   内田 俊

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    The followingresults are achieved under this grant. (1) Study on theapplications of “L-infinity Energy Method” to nonlinear partial differentialequations: &nbsp;&nbsp; We applied L-infinity Energy Method to the systemof parabolic equations which describes a diffusion-convection prey-predatormodel which takes into account of the hysteresis effects. Because of the strongnonlinearity of this system, we needed to improve some tools to establish apriori estimates for the L-infinity norm of solutions, by which we could ameliorateprevious studies.(2) Studyon complex Ginzburg-Landau equations (CGLE): &nbsp; (i) For the non-dissipative system in boundeddomains, we proved the existence and the uniqueness of time-local solutions forCGLE in H^1-space.&nbsp; (ii) We analyzed the finite-time blow-up ofsolutions of CGLE. The previous studies dealt with the case where the energy ofthe initial data is negative in the whole domain. Wedeveloped a new method to treat the case where the energy of the initial datais positive in general domains.(3) Studyon the mathematical analysis for the&nbsp;&nbsp; mitochondrial&nbsp;&nbsp;swelling&nbsp;&nbsp; model:&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; We analyzed this model with Robin-typeboundary conditions, which describes well the real situation of mitochondria incells. We showed the well posedness of the system as well as the asymptoticbehavior of solutions.

  • 非線形発展方程式とその関連分野の総合的研究

    2013年  

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    研究目的にかかげた目標に関連する次の幾つかの興味ある成果が得られた.(1) 海洋学で扱われているモデルの一つである,流体(水)の速度及び温度と流体中の溶質(塩)の濃度の振舞いを記述する二重拡散方程式系(非線形項を持つBrinkman-Forchheimer 方程式(ストークス方程式の変形方程式)と移流項をもつ放物型方程式との混合方程式系)の初期値境界値問題に対して,従来の有界領域に於ける一意可解性が(非有界)一般領域においても成立することが示された.さらに,従来の結果では空間次元 N が3以下という仮定が必要であったが,N が4以下という条件に緩和された. また,温度と溶質の腕の初期値に対する仮定も弱められた.従来の証明法はシャウダー型の不動点定理によるものであったが,今回の改良は,バナッハの縮少写像の原理の応用と劣微分作用素に対する非単調摂動理論の精密化によって可能になった.(大谷・内田俊(D1))(2) 非斉次ディリクレ型境界条件下の,強い消散性非線形項を持つFast Diffusion 方程式に対して,主要項の非線形性が消散項のそれより強い場合には,解が有限時間で定常解に接するという興味深い現象(Dead Core 現象)が現れることが,空間1次元の場合に知られていた.主要項と消散項の非線形性の強さが逆転する場合にも同様の現象が起こるかどうかは未解決の問題として残されていが,これを否定的に解決した.すなわち,解は有限時間では定常解に接することはなく,無限時間をかけて指数関数的に定常解に漸近することが,一般の空間次元に対して示された.(大谷・桑垣 樹(B4))(3) 複素Ginzburg-Landau 方程式を,劣微分作用素に対する単調及び非単調摂動理論により解析する手法を開発した.これにより,解の平滑化現象の導出が簡便になり,従来知られていた一意的大域解の存在のための十分条件を大幅に緩めることに成功した.(大谷・清水 翔司(B4))

  • 非線形放物型方程式の解の漸近挙動

    2005年   北田 韶彦, 田中 和永, 松浦 啓

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    (i) 優臨界指数増大度の爆発項を有する半線形熱方程式の解の漸近挙動に関する研究は、最近ようやくその端緒についた重要な研究課題である。 領域が球の外部領域の場合の球対称解に対して、安定集合(ここから出発した解は大域解)と爆発集合(ここから出発した解は有限時刻で爆発)が構成された。 さらに、すべての球対称時間大域解は有界となり、その L∞ノルムは、初期値の L∞ノルムにのみ依存する定数でおさえられることが示された。この事実は、劣臨界指数増大度の非線形項に対しては良く知られていたが、優臨界指数に対しては、コンパクト性の欠如のため、全く手がつけられていなかったが、ある特別な変数変換を介して、球対称関数に対してはコンパクト性が恢復するという事実によってこの困難を解決した。(ii) p-Laplace 作用素を主要項に持つ準線形放物型方程式に対する初期値境界値問題に対して全ての解軌道を引き付ける「大域アトラクター」が、L2-空間で構成された。 さらに、大域アトラクターが無限次元となるための十分条件が与えられた。無限次元の大域アトラクターを持つ例は、半線形放物型方程式では全く知られておらず、このような新奇な現象が発見されたことは、極めて重要であり、準線形放物型方程式に特有のものと思われる。また、ある種の特殊な構造を有する準線形放物型方程式に対して、あるクラスに属する初期値から出発する解軌道を、時間に関して指数的に引き寄せる、有限フラクタル次元を持つ「指数アトラクター」の存在を示唆する予備的な成果が得られた。

  • 対称臨界性原理とその非線形偏微分方程式への応用

    2004年   北田 韶彦, 田中 和永, 柳谷 晃, 石渡 通徳, 小林 純, 赤木 剛朗

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    対称臨界性原理とは、「Banach 空間 X 上で定義された汎関数 J に対し、ある群 G の作用に関して不変な部分空間 X_G 上での J の臨界点が、X 全体での J の臨界点を与える」という原理である。この原理は、J の汎関数(フレッシェ)微分を、劣微分作用素を含むかなり一般的な多価作用素 A に置き換えても成立することが、本研究により示された。すなわち、 (a) 対称性を表現する群 G の作用が等距離的である、 または (b) X 及びその双対空間 X^* がともに回帰的かつ狭義凸である, が成り立てば、「群 G の作用に関して不変な部分空間 X_G 上での A に付随する(生成する)X 上の汎関数 J の臨界点が X での臨界点を与える」ことが示された。この原理の応用として、ある種の回転対称性を有する非有界領域におけるp-Laplacian を含む変分不等式の解の構成がなされた。これは、 Palais による 古典的な``Principle of Symmetric Criticalilty'' の拡張を与えているだけではなく、作用素 A が、必ずしも変分構造を有していなくてもよいversion に拡張することが可能( A が G-共変であれば十分)であり、楕円型方程式のみならず、時間発展を伴う発展方程式に対して有用であろうことが期待されていた。一方、一般の非有界領域では、ソボレフの埋蔵定理にかかわるコンパクト性が欠如しているが、回転対称性を有する関数からなる部分空間においては、これが恢復するために、この部分空間における強非線形発展方程式の可解性がより容易に示される。この対称性を有する空間で構成された解が、真の解であることが、上記の原理から導かれるのである。実際、劣微分作用素の差で支配される抽象放物型方程式に対して、この原理を拡張し、ある種の回転対称性を有する非有界領域におけるp-Laplace 作用素と爆発項を含む非線形放物型方程式の解の存在証明にこれを応用した。 今後このより広範な方程式に対して有効な、より一般化された原理の確立とその応用が充分期待される。

  • 非線形発展方程式及び非線形楕円型方程式の研究

    2002年   北田 韶彦, 田中 和永, 柳谷 晃

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    研究目的にかかげた目標に関して, 以下のような幾つかの興味ある成果が得られた. 楕円型方程式 : (i) -Δ(|Δu|p-2 Δu) =|u|q-2u x∈Ω, u(x) =Δu(x) = 0 x ∈∂Ω の非自明解が p = 2(m+1)/(2m+1), m ∈ N, q = 2k, k ∈N の時かつこの時に限ってΩの閉包上で解析的になることが示された. (さらに空間次元 d が 1 であるときには, 収束半径が Ω の閉包上で一様にとれる。) 2 階の方程式 -div (|∇u|p-2 ∇u) = |u|q-2 u に対しては, 既に同様の結果が空間1次元の場合に対してのみ知られているが, 4階の場合の方が事情がより簡単である点が興味深い. (ii)-div (|∇u|p-2 ∇u) = |u|q-2 u x∈Bc = { x∈Rd;∥x∥> C }, u(x) = 0 x∈∂Bc が少なくとも一つの正値解を有することは, 我々の研究で既に示されていが,Ljusternik-Schnirelman 理論と組合せることによって「少なくとも可算無限個の非自明解を許す」ことが示された. これは, ある種の変換を介してこの問題が帰着される, 円環領域における境界上に特異性を有する楕円型方程式を解析することによってなされるが, この際 Palais-Smale 条件などの検証が境界上の特異性のために困難であった. この点を克服した点に意義がある.放物型方程式: (i)劣微分によって支配される回帰的 Banach 空間Xにおける発展方程式 du(t)/dt +∂φ(u(t)) -∂ψ(u(t)) ∋f(t) に対する 初期値問題の可解性, 正則性 が示された. この枠組は, Galerkin 法による弱解の従来の構成法よりも, より良い正則性を持つ解が自然に構成されるという利点を有する. また 大谷 による Hilbert 空間における劣微分作用素に対する非単調摂動理論を Banach 空間へ拡張する際の第一歩としての意味からも意義がある. (ii) 内部構造として, 回転磁場を有する非圧縮性流体の流速, 回転磁場, 温度が満たす micro-polar fluid 方程式に対する初期値境界値問題の解の存在、正則性及び一意性が, 大谷 による Hilbert 空間における劣微分作用素に対する非単調摂動理論を応用することによって示された. これにより, 劣微分作用素に対する非単調摂動論の有用性が再確認された.

  • 非線形楕円型方程式研究に於ける新技法の開発

    2000年   橋本 哲, 杉山 由恵

  • 非線形楕円形方程式と発展方程式の研究

    1998年  

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     非有界領域における臨界ソボレフ指数を越える非線形性を有する非線形楕円形方程式に対して、以下の興味深い結果がえられた。方程式 (E) -△u=|u|q-2u x∈Ω、 u(x)=x∈∂Ωに対して、次の定理を得た。(1)「Ω=RN\BR、・BR={x∈RN;|x|≦R}、2*<q<∞(2*は、ソボレフ型埋蔵H10(Ω)⊂Lq(Ω)の臨界指数)とするとき、(E)はH1O(Ω)⊂Lq(Ω)に属する(球対称)非自明解をもつ(大谷・橋本哲)・」1<q≦2*の場合には、非自明解が存在しないことが既に知られており、(大谷・橋本貴)、有界領域に対する既知の結果(1<q<2*のき存在、2*≦q<∞のとき非存在>との双対性から、解の存在が予想されていたが、この長年の未解決問題が肯定的に解決された意義は大きい。 また今まで、非有界領域における臨界ソボレフ指数を越える非線形性を有する非線形楕円形方程式に対する変分的解法が皆無であったが、この定理を証明するために、「適当な変換によって、外部領域における問題を、円環領域における境界に特異性を有する楕円形方程式に変換し、これを変分的な方法で解くことに帰着する」という全く新しい技法が開発されたことは極めて意義深い。(2) Ω=Ωd×RN-d、Ωdをd-次元円環領域とする。非自明解の存在に関して、今まで解明されていなかった場合2*<q≦Nd=2(N-d+1)/N-d-1が解明された:(ⅰ)2*<q≦Ndの場合は、非自明解が存在し、(ⅱ)q=Ndの場合は、解が存在しない。即ち、既存の結果とあわせると「(ⅰ)1<q≦Ndのとき存在(ⅱ)Nd≦qのとき非存在」となり、この問題に対する完全な解答が得られたことになる。この事実から、「領域のd次元対称性は、実効的次元を(d-1)次元だけ減ずる効果をもたらす」ことが結論づけられた。

  • 非線形楕円型方程式研究における新技法の開発

    1997年  

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    臨界ソボレフ指数の非線形性を有する、楕円型方程式に関していくつかの興味深い結果が得られた。方程式(E) -Δu=λu+│u│q-2u x∈Ω, u(x)=0 x∈∂Ωに対して、次の定理が成り立つ。(1)Ω=Ωd&#215; RN-d(RNの非有界柱状領域)、q=2*(2*は、ソボレフ型埋蔵H10 (Ω)⊂Lq(Ω)の臨界指数)、d≧1,N≧4とするとき、任意のλ∈(0,λ1)、λ1=infν∈H10(Ω)∥∇u∥2L2/∥u∥2L20に対し、(E)は非自明解をもつ(大谷・石渡)。(この結果は、有界領域に対してよく知られているBrezis-Nirenbergの結果の非有界柱状領域への拡張を与えている。また、λ≦0の場合には、(E)は非自明界を持たないことが知られている(大谷・橋本)。)(2)Ω=Ωd&#215; RN-d,Ωdをd-次元円環領域とするとき、q>Nd=2(N-d+1)/(N-d+1-2)ならば、(E)は非自明界(適当なクラスに属する弱解)を持たない(大谷・橋本)。(2<q≦2*に対しては、(E)は非自明解をゆるすことが知られており(大谷・石渡)、2*<q≦Ndの場合を解決することが、今後の課題となろう。) 次に、当面の目標であった、劣微分作用素に対しての写像度を定義することに成功した(大谷・小林)。これは、従来の理論の欠点(例えば「deg(f,G,p)≠0 であってもf(x)=pの解がGに存在するとは限らない」など)を取り除いたものであり、Leray-Schauder型の写像度の理論に沿った拡張になっている。この意味で、従来の理論を大きく越える枠組みを提供するものであり、非線形偏微分方程式への応用が期待される。この為には、摂動理論の確立が今後の最重要課題となろう。研究成果の発表1997 Periodic problems for heat convection equations in noncylindrical domains, Funkcialaj Ekvacioj 40 19-391997 Nonexistence of weak solutions of nonlinear elliptic equations in exterior domains, Houston J. Math. 23, 267-2901997 Nonexistence of positive solutions for some quasilinear elliptic equations in striplike domains, Discrete and Continuous Dynamical Systems 3, 565-578

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