مساحة بوخنر

في الرياضيات ، تُعد فضاءات بوخنر تعميمًا لمفهوملص{\displaystyle L^{p}}المساحات للدوال التي تقع قيمها في فضاء باناخ ، وهو ليس بالضرورة الفضاءR{\displaystyle \mathbb {R} }أوج{\displaystyle \mathbb {C} }من الأعداد الحقيقية أو المركبة.

المساحةلص(X){\displaystyle L^{p}(X)}يتألف من (فئات التكافؤ لـ) جميع الدوال القابلة للقياس وفقًا لبوخنرو{\displaystyle f}بقيم في فضاء باناخX{\displaystyle X}معيارهوX{\displaystyle \|f\|_{X}}يكمن في المعيارلص{\displaystyle L^{p}}المساحة. وبالتالي، إذاX{\displaystyle X}هي مجموعة الأعداد المركبة، وهي مجموعة لوبيغ القياسيةلص{\displaystyle L^{p}}فضاء.

جميع النتائج القياسية تقريبًا علىلص{\displaystyle L^{p}}تتمسك الفراغات أيضًا بفراغات بوخنر؛ على وجه الخصوص، فراغات بوخنرلص(X){\displaystyle L^{p}(X)}مساحات باناش لـ1ص.{\displaystyle 1\leq p\leq \infty .}

سميت فضاءات بوخنر نسبة إلى عالم الرياضيات سالومون بوخنر .

تعريف

بالنظر إلى فضاء القياس(تي،Σ؛μ)،{\displaystyle (T,\Sigma ;\mu ),} فضاء باناخ(X،X){\displaystyle \left(X,\|\,\cdot \,\|_{X}\right)}و1ص،{\displaystyle 1\leq p\leq \infty ,}مساحة بوخنرلص(تي؛X){\displaystyle L^{p}(T;X)}يُعرَّف بأنه خارج قسمة كولموغوروف (بسبب المساواة في كل مكان تقريبًا ) لفضاء جميع الدوال القابلة للقياس وفقًا لبوخنرu:تيX{\displaystyle u:T\to X}بحيث يكون المعيار المقابل محدودًا: uلص(تي؛X):=(تيu(ت)Xصدμ(ت))1/ص<+ ل 1ص<،\displaystyle \|u\|_{L^{p}(T;X)}:=\left(\int _{T}\|u(t)\|_{X}^{p}\,\mathrm {d} \mu (t)\right)^{1/p}<+\infty {\mbox{ for }}1\leq p<\infty ,}uل(تي؛X):=هـsssuصتتيu(ت)X<+.{\displaystyle \|u\|_{L^{\infty }(T;X)}:=\mathrm {ess\,sup} _{t\in T}\|u(t)\|_{X}<+\infty .}

بمعنى آخر، كما هو معتاد في دراسةلص{\displaystyle L^{p}}مساحات،لص(تي؛X){\displaystyle L^{p}(T;X)}هي فضاء لفئات تكافؤ الدوال، حيث تُعرَّف دالتان بأنهما متكافئتان إذا كانتا متساويتين في كل مكان باستثناء نقطة معينة.μ{\displaystyle \mu }- قياس مجموعة فرعية صفرية منتي.{\displaystyle T.}وكما هو معتاد في دراسة هذه المساحات، فمن المعتاد إساءة استخدام الترميز والتحدث عن "دالة" فيلص(تي؛X){\displaystyle L^{p}(T;X)}بدلاً من فئة التكافؤ (والتي ستكون أكثر دقة من الناحية الفنية).

التطبيقات

تُستخدم فضاءات بوخنر غالبًا في منهج التحليل الوظيفي لدراسة المعادلات التفاضلية الجزئية التي تعتمد على الزمن، مثل معادلة الحرارة : إذا كانت درجة الحرارةز(ت،x){\displaystyle g(t,x)}هي دالة قياسية للزمان والمكان، ويمكن كتابة(و(ت))(x):=ز(ت،x){\displaystyle (f(t))(x):=g(t,x)}لصنعو{\displaystyle f}عائلةو(ت){\displaystyle f(t)}(محددة بالزمن) لوظائف المكان، ربما في فضاء بوخنر.

تطبيق على نظرية المعادلات التفاضلية الجزئية

في كثير من الأحيان، المساحةتي{\displaystyle T}هي فترة زمنية نرغب في حل معادلة تفاضلية جزئية خلالها، وμ{\displaystyle \mu }سيكون مقياس ليبيغ أحادي البعد . الفكرة هي اعتبار دالة الزمان والمكان كمجموعة من دوال المكان، وهذه المجموعة مُعَلمة بالزمن. على سبيل المثال، في حل معادلة الحرارة على منطقةΩأوميغافيRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}وفترة زمنية[0،تي]،{\displaystyle [0,T],}يسعى المرء إلى إيجاد حلول uل2([0،تي]؛ح01(Ω)){\displaystyle u\in L^{2}\left([0,T];H_{0}^{1}(\Omega )\right)} مع مشتق زمني uتل2([0،تي]؛ح-1(Ω)).{\displaystyle {\frac {\partial u}{\partial t}}\in L^{2}\left([0,T];H^{-1}(\Omega )\right).} هناح01(Ω){\displaystyle H_{0}^{1}(\أوميغا )}يرمز إلى فضاء سوبوليف هيلبرت للدوال القابلة للتفاضل مرة واحدة بشكل ضعيف مع مشتقة ضعيفة أولى فيل2(Ω){\displaystyle L^{2}(\أوميغا )}التي تتلاشى عند حدود Ω (بمعنى الأثر، أو بشكل مكافئ، هي نهايات الدوال الملساء ذات الدعم المضغوط في Ω)؛ح-1(Ω){\displaystyle H^{-1}(\أوميغا )}يشير إلى الفضاء الثنائي لـح01(Ω).{\displaystyle H_{0}^{1}(\أوميغا ).}

( المشتق الجزئي بالنسبة للزمن)ت{\displaystyle t}ما سبق هو في الواقع مشتق كلي ، لأن استخدام فضاءات بوخنر يزيل الاعتماد على المكان.

انظر أيضاً

مراجع

  • إيفانز، لورانس سي. (1998). المعادلات التفاضلية الجزئية . بروفيدنس، رود آيلاند: الجمعية الرياضية الأمريكية. ISBN 0-8218-0772-2.