一類帶變號(hào)權(quán)函數(shù)的二階差分方程Dirichlet邊值問(wèn)題正解的存在性

張亞莉

(西北師范大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院, 蘭州 730070)

(2010 MSC 26A33)

1 引 言

近年來(lái),微分和差分方程邊值問(wèn)題正解的存在性引起了許多學(xué)者的關(guān)注[1-11].然而,就我們所知,相應(yīng)的差分方程邊值問(wèn)題的研究工作卻相對(duì)較少.特別地, Zhang等[1]運(yùn)用臨界點(diǎn)理論研究了二階差分方程Dirichlet邊值問(wèn)題

Δ2u(t-1)+λf(u(t))=0, t∈[1, T]Z,

u(0)=u(T+1)=0

(1)

Δ2u(t-1)+λa(t)f(u(t))=0, t∈[1, T]Z,

u(0)=u(T+1)=0

(2)

文獻(xiàn)[1-2]分別在權(quán)函數(shù)a(t)=1和a(t)≥0情形下研究了非線性差分方程邊值問(wèn)題正解的存在性.我們自然要問(wèn):當(dāng)二階差分方程權(quán)函數(shù)變號(hào)時(shí),正解的存在性又將如何?本文在權(quán)函數(shù)變號(hào)的情況下研究問(wèn)題(2)的正解的存在性，所用方法為L(zhǎng)eray-Schauder不動(dòng)點(diǎn)定理.

記G(t,s)為問(wèn)題Δ2u(t-1)=0, t∈[1, T]Z, u(0)=u(T+1)=0的Green函數(shù)，a+(t)=max{0,a(t)}, a-(t)=max{0,a(t)},t∈[1,T]Z.本文總假定:

(H1) λ是一個(gè)正參數(shù);

(H3) a:[1,T]Z→R,a不恒為0,且存在常數(shù)μ>1使得

t∈[0,T+1]Z.

本文主要結(jié)果如下:

定理1.1假設(shè)條件(H1)～(H3)成立.則存在λ*>0,使得當(dāng)0<λ<λ*時(shí)問(wèn)題(2)至少存在一個(gè)正解.

2 預(yù)備知識(shí)

引理2.1(Leray-Schauder 不動(dòng)點(diǎn)定理[12]) 設(shè)E是Banach空間,算子A:E→E全連續(xù).若集合{x|x∈E,x=θAx,0<θ<1}是有界的,則A在閉球T中必有不動(dòng)點(diǎn),其中T={x|x∈E,‖x‖≤R},R=sup{‖x‖|x=θAx,0<θ<1}.

引理2.2設(shè)h:[1,T]Z→R.則二階線性差分方程Dirichlet邊值問(wèn)題

Δ2u(t-1)=-h(t), t∈[1, T]Z,

u(0)=u(T+1)=0

(3)

證明 只需驗(yàn)證u(t)滿足問(wèn)題(3).事實(shí)上,

所以

Δ2u(t-1)=u(t+1)-2u(t)+u(t-1)=

s(T-t))h(s)+(t-1)(1+T-s)h(t-1)+

t(T-t)h(t)-2(t-1)(1+T-t)h(t-1)+

(t-1)(1+T-s))h(s)-2t(1+

T-t)h(t)+(t-1)(2+T-t)h(t-1)+

(t-1)(1+T-t)h(t))=

-h(t).

另一方面,易證u(0)=u(T+1)=0.因而u(t)滿足問(wèn)題(3).

Δ2u(t-1)+λa+(t)f(u(t))=0, t∈[1, T]Z

u(0)=u(T+1)=0

(4)

t∈[0,T+1]Z

(5)

顯然，A(X)?X,A是全連續(xù)算子，且A的不動(dòng)點(diǎn)就是問(wèn)題(4)的解.由于f連續(xù),f(0)>0,取充分小的ε>0使得

f(u)≥δf(0), 0

(6)

(7)

所以

(8)

證畢.

3 主要結(jié)果的證明

定理1.1的證明 令

即

(9)

q(t)|f(u)|≤γp(t)f(0), 0

(10)

固定δ∈(γ,1)并設(shè)λ*>0,使得當(dāng)0<λ<λ*時(shí)有

(11)

(12)

對(duì)于0<λ<λ*,設(shè)vλ(t)是問(wèn)題

(13)

對(duì)任意的w∈X,由引理2.2定義算子

w(s))),t∈[1,T]Z

(14)

顯然T(X)?X,T是全連續(xù)算子,且T的不動(dòng)點(diǎn)就是問(wèn)題(13)的解.由引理2.1,設(shè)v∈X,0<θ<1,滿足v=θTv.則

(15)

我們斷言

‖v‖≠λδf(0)‖p‖

(16)

反設(shè)‖v‖=λδf(0)‖p‖.則

(17)

且

‖p‖≤λ*δf(0)‖p‖

(18)

由(12)式知

(19)

結(jié)合(15)和(19)式得

根據(jù)引理2.1,T存在一個(gè)不動(dòng)點(diǎn)vλ(t)滿足‖vλ‖≤λδf(0)‖p‖,且

從而uλ(t)是問(wèn)題(2)的一個(gè)正解.證畢.