Diario del corso di Spazi di Sobolev
e soluzioni deboli (EAM2) Anno Accademico 2021/22 --
Laurea Magistrale
in Matematica Pura e Applicata Prof. Carlo Sinestrari
Lezione del 7/3/2022:
Lezione dell'8/3/2022:
Lezione del 10/3/2022:
Densità delle funzioni C∞ a supporto compatto in Lp
(con dim.). Unicità della derivata debole (con dim.). Continuità
delle traslazioni in Lp.
Lezione del 14/3/2022:
Lezione del 15/3/2022:
Lezione del 17/3/2022: Lezione del 21/3/2022:
Lezione del 22/3/2022:
Spazi W0 1,p e caratterizzazione nel caso di
dimensione 1. Richiami sulle partizioni dell'unità.
Approssimabilità di funzioni di
Sobolev in un dominio regolare con funzioni C∞ fino
al bordo (con dim.).
Lezione del 24/3/2022:
Le funzioni di Sobolev restano tali dopo un cambiamento regolare
di variabili (con dim.). Esistenza di un operatore di estensione
a tutto lo spazio di funzioni di Sobolev definite in
un dominio regolare limitato (con dim., continuata nella lez. successiva)
Lezione del 31/3/2022:
Lezione del 4/4/2022:
Lezione del 7/4/2022:
Lezione del 11/4/2022:
Lezione del 12/4/2022:
Lezione del 14/4/2022:
Lezione del 19/4/2022:
Lezione del 21/4/2022:
Lezione del 26/4/2022:
Lezione del 29/4/2022:
Lezione del 2/5/2022:
Lezione del 3/5/2022:
Lezione del 5/5/2022:
Lezione del 10/5/2022:
Lezione del 12/5/2022:
Lezione del 16/5/2022:
Lezione del 17/5/2022:
Lezione del 19/5/2022:
Lezione del 24/5/2022:
Lezione del 26/5/2022:
Lezione del 27/5/2022:
Lezione del 6/6/2022:
Definizione di derivata debole. Esempio: derivata debole della funzione modulo.
Spazi di Sobolev, definizioni. Completezza degli spazi di Sobolev (con dim).
Prodotto di convoluzione. Il prodotto di una funzione localmente sommabile con
una Ck a supporto compatto è Ck (con dim.).
Regolarizzazione tramite convoluzione con mollificatori. La regolarizzata di
una funzione continua a supporto compatto converge uniformemente alla funzione
data (con dim., che prosegue nella lez. successiva)
Esempio di funzioni di Sobolev: potenze negative della norma. Richiami
sulla compattezza in spazi metrici. Teorema di Ascoli-Arzelà (con dim.).
Caso di un dominio illimitato: il teorema di Ascoli-Arzelà dà
la convergenza uniforme sui compatti. Compattezza dell'immersione
delle funzioni lipschitziane/hölderiane nelle funzioni continue.
Le mollificate di una funzione in LP su tutto lo spazio
convergono in Lp alla funzione (con dim.). Teorema di compattezza
di Riesz-Fréchet-Kolmogorov (con cenno di dim.).
Teorema di esistenza di Peano per equazioni differenziali ordinarie
con secondo membro solo continuo (con dim.).
Funzioni di Sobolev in una variabile: una funzione con derivata debole nulla
su un intervallo è costante (con dim.).
Richiami sulle funzioni assolutamente continue su intervalli della retta.
Le funzioni assolutamente continue sono le primitive di funzioni L1
(senza dim.). Le funzioni di Sobolev sulla retta coincidono con le funzioni
assolutamente continue con derivata in Lp (con dim.).
Le mollificate di una funzione di Sobolev su un insieme aperto di Rn
convergono alla funzione sui compatti dell'insieme (con dim.).
Operatore di traccia per funzioni di Sobolev (senza dim.).
Disuguaglianza di Gagliardo-Sobolev-Nirenberg (con dim., continuata
nella lez. successiva)
Conseguenze della disuguaglianza di GSN. Teoremi di immersione
di Sobolev nel caso p minore di n.
Esempio di funzione in W1,n non limitata. Funzioni
holderiane. Disuguaglianza di Morrey (con dim., inizio).
Disuguaglianza di Morrey (fine della dim.). Teoremi di immersione
continua e compatta nel caso p>n. Disuguaglianza di interpolazione
tra spazi Lp (con dim., corretta nella lez. successiva).
Stime sulla distanza di una funzione di Sobolev dalla sua traslata. (con dim.)
Teorema di immersione compatta di Rellich-Kondrakhov (con dim.). Teoremi di
immersione per spazi di ordine maggiore di uno (cenno). Disuguaglianza
di Poincaré per funzioni di W01,p(con dim.).
Le funzioni in W1,∞ coincidono con le funzioni
lipschitziane. Teorema di Rademacher (senza dim.).
Lo spazio H -1. Equazioni ellittiche lineari in forma di divergenza:
forma bilineare associata e formulazione debole del problema di Dirichlet.
Esistenza e unicità per soluzioni deboli
nel caso in cui i termini del primo ordine siano assenti e il termine di
ordine zero sia non negativo (con dim.).
Esempio: per il problema di Dirichlet per le equazioni ellittiche non vale
necessariamente esistenza e unicità della soluzione.
Teorema di Lax-Milgram (senza dim.). Stime dell'energia (con dim.).
Esistenza e unicità per l'equazione ellittica con l'aggiunta
di un termine lineare opportuno e compattezza dell'operatore soluzione
(con dim.).
Richiami su operatori compatti e teoria di Fredholm (senza dim.).
Alternativa di Fredholm per equazioni ellittiche (con dim.). Esempi.
Richiami sugli autovalori degli operatori compatti (senza dim.).
Autovalori di un operatore ellittico (con dim.). Il caso di un operatore
autoaggiunto: teorema di decomposizione spettrale (con dim.).
Proprietà del primo autovalore (senza dim.).
Estensioni: problema di Dirichlet con dati non nulli e problema di Neumann.
Introduzione alla teoria della regolarità: caratterizzazione
delle funzioni di Sobolev in base alla sommabilità
uniforme dei rapporti incrementali. (con dim. proseguita nella
lez. successiva).
Regolarità H2 interna per soluzioni deboli di equazioni
ellittiche, enunciato. Dimostrazione in un caso particolare (soluzione
a supporto compatto, termini di ordine uno e zero assenti nell'equazione).
Regolarità H2 interna, dimostrazione nel caso
generale. Regolarità interna di ordine superiore (con cenno
di dim.). Corollario: una soluzione debole è anche classica
se i coefficienti sono sufficientemente regolari.
Regolarità H2 fino al bordo (con cenno di dim.).
Regolarità di ordine superiore fino al bordo (senza dim).
Principio di massimo: preliminari (dim. nel caso in cui la funzione
soddisfa una disuguaglianza stretta).
Principio di massimo debole per sopra/sottosoluzioni classiche
di equazioni ellittiche (con dim.).
Lemma di Hopf del punto di frontiera e principio di massimo
forte (con dim.).
Principio del confronto e unicità di soluzioni (con dim.).
Interpretazione variazionale delle soluzioni deboli di eq. ellittiche.
Principio di massimo debole per equazioni paraboliche (con dim.)
e forte (senza dim.).
Teroema di confronto per soluzioni di equazioni paraboliche (con dim.).
Semigruppi di operatori ed equazioni di evoluzione: descrizione generale
del metodo. Semigruppi di operatori e loro generatori, definizione.
Semigruppi uniformemente continui, definizione. Esponenziale di un operatore
lineare e continuo.
Proprietà dell'esponenziale di operatori (con dim.). Integrale
di Cauchy di funzioni continue a valori in spazi di Banach, definizione
e proprietà (con cenno di dim.). L'esponenziale di un operatore
continuo fornisce l'unica soluzione del problema di Cauchy associato
all'operatore (con dim.). Proprietà dei semigruppi uniformemente
continui (con dim.). I semigruppi uniformemente continui sono tutti e soli
gli esponenziali di operatori lineari e continui (con dim.).
Semigruppi fortemente continui, definizione. Esempio: il semigruppo delle
traslazioni. Proprietà di un sgr un. cont.: stima di crescita,
continuità delle traiettorie (con dim.). Le traiettorie di elementi
del dominio del generatore risolvono l'equazione differenziale associata
(con dim.). Il generatore di un sgr. un. cont. è un operatore chiuso
definito in un dominio denso (con dim.).
Operatori chiusi in spazi di Banach: norma del grafico, teorema del
grafico chiuso (con dim.). Esempio: il generatore del semigruppo delle
traslazioni è la derivata prima (con dim.).
Spettro e risolvente
di un operatore chiuso: definizione.
Spettro e risolvente di un operatore chiuso: proprietà (con dim.).
Teorema di Hille-Yosida, enunciato e dimostrazione (inizio).
Teorema di Hille-Yosida, dimostrazione (conclusione).
Due semigruppi con lo stesso generatore coincidono (con dim.).
Applicazioni del teorema di Hille-Yosida: problema di Cauchy-Dirichlet
per equazioni paraboliche e per equazioni iperboliche su un dominio
limitato.