数学物理学报 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (6): 1854-1874.

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玻尔兹曼方程低正则解的全局适定性和衰减性——献给李工宝教授 70 寿辰

罗欢, 李浩光*()   

  1. 中南民族大学数学与统计学院 武汉 430074
  • 收稿日期:2025-04-28 修回日期:2025-07-21 出版日期:2025-12-26 发布日期:2025-11-18
  • 通讯作者: 李浩光 E-mail:actams@wipm.ac.cn
  • 基金资助:
    湖北省自然科学基金(2025AFB696)

Global Well-Posedness and Optimal Decay for the Lower Regularity Solution of Boltzmann Equation

Huan Luo, Haoguang Li*()   

  1. South-Central Minzu University, School of Mathematics and Statistics, Wuhan 430074
  • Received:2025-04-28 Revised:2025-07-21 Online:2025-12-26 Published:2025-11-18
  • Contact: Haoguang Li E-mail:actams@wipm.ac.cn
  • Supported by:
    Natural Science Foundation of Hubei province, China(2025AFB696)

摘要:

对于 $\frac{3}{2}<p\le \infty$, 当初值的范数 $\|\mathcal{F}_xf_0\|_{L^1\cap L^p\cap\mathcal{X}^{-p}(\mathbb{R}^3_{\xi};L^2(\mathbb{R}^3_v))}$ 足够小时, 构造了全空间 $\mathbb{R}^3$ 中非截断玻尔兹曼方程在平衡态附近柯西问题的全局解, 其中 $\mathcal{F}_xf_0(\xi,v)$ 表示 $f_0(x,v)$ 关于空间变量 $x$ 的傅里叶变换, $\mathcal{X}^{-p}$ 是带 Hardy 位势的 $L^p$ 空间. 相较于文献 [15] 中的 $L^1_{\xi}\cap L^p_{\xi}$ 空间, 作者在全空间的框架下考虑 Sobolev 低正则空间 $L^1_{\xi}\cap L^p_{\xi}\cap\mathcal{X}^{-p}_{\xi}$, 在能量方法的框架下先验估计封闭, 从而得到全局解. 同时, 还得到了在此空间中的衰减估计, 对于任意小的 $\delta>0,$

$\|f(t)\|_{L^1_{\xi}L^2_v}\lesssim(1+t)^{-\frac{3}{2}(1-\frac{1}{p})+\delta}.$

关键词: 玻尔兹曼方程, 全局解, 能量方法, $(L^1_{\xi}\cap L^p_{\xi}\cap\mathcal{X}^{-p}_{\xi})L^2_v$ 空间.

Abstract:

For $\frac{3}{2} < p \leq \infty$, when the norm of the initial data $\|\mathcal{F}_x f_0\|_{L^1 \cap L^p \cap \mathcal{X}^{-p}(\mathbb{R}^3_{\xi}; L^2(\mathbb{R}^3_v))}$ is sufficiently small, we construct global solutions to the Cauchy problem for the non-cutoff Boltzmann equation near equilibrium in the whole space $\mathbb{R}^3$. Here, $\mathcal{F}_x f_0(\xi, v)$ denotes the Fourier transform of $f_0(x, v)$ with respect to the spatial variable $x$, and $\mathcal{X}^{-p}$ is the $L^p$ space incorporating a Hardy potential.Compared to the $L^1_{\xi} \cap L^p_{\xi}$ space used in [15], we consider the low-regularity Sobolev space $L^1_{\xi} \cap L^p_{\xi} \cap \mathcal{X}^{-p}_{\xi}$ in the whole-space framework. Under the energy method framework, we establish a priori estimates to close the argument, thereby obtaining global solutions. In particular, we also derive the decay estimate, for any arbitrarily small $\delta>0,$

$\|f(t)\|_{L^1_{\xi}L^2_v}\lesssim(1+t)^{-\frac{3}{2}(1-\frac{1}{p})+\delta}.$

Key words: Boltzmann equation, global solution, energy method, $(L^1_{\xi}\cap L^p_{\xi}\cap\mathcal{X}^{-p}_{\xi})L^2_v$ space.

中图分类号: 

  • O175.23