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:
Definizione di derivata debole. Esempio: derivata debole della funzione modulo. Spazi di Sobolev, definizioni. Completezza degli spazi di Sobolev (con dim).

Lezione dell'8/3/2022:
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)

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:
Esempio di funzioni di Sobolev: potenze negative della norma. Richiami sulla compattezza in spazi metrici. Teorema di Ascoli-Arzelà (con dim.).

Lezione del 15/3/2022:
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.).

Lezione del 17/3/2022:
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.).

Lezione del 21/3/2022:
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.).

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:
Operatore di traccia per funzioni di Sobolev (senza dim.). Disuguaglianza di Gagliardo-Sobolev-Nirenberg (con dim., continuata nella lez. successiva)

Lezione del 4/4/2022:
Conseguenze della disuguaglianza di GSN. Teoremi di immersione di Sobolev nel caso p minore di n.

Lezione del 7/4/2022:
Esempio di funzione in W1,n non limitata. Funzioni holderiane. Disuguaglianza di Morrey (con dim., inizio).

Lezione del 11/4/2022:
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.)

Lezione del 12/4/2022:
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.).

Lezione del 14/4/2022:
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.).

Lezione del 19/4/2022:
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.).

Lezione del 21/4/2022:
Richiami su operatori compatti e teoria di Fredholm (senza dim.). Alternativa di Fredholm per equazioni ellittiche (con dim.). Esempi.

Lezione del 26/4/2022:
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.).

Lezione del 29/4/2022:
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).

Lezione del 2/5/2022:
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).

Lezione del 3/5/2022:
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.

Lezione del 5/5/2022:
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).

Lezione del 10/5/2022:
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.).

Lezione del 12/5/2022:
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.).

Lezione del 16/5/2022:
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.

Lezione del 17/5/2022:
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.).

Lezione del 19/5/2022:
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.).

Lezione del 24/5/2022:
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.

Lezione del 26/5/2022:
Spettro e risolvente di un operatore chiuso: proprietà (con dim.). Teorema di Hille-Yosida, enunciato e dimostrazione (inizio).

Lezione del 27/5/2022:
Teorema di Hille-Yosida, dimostrazione (conclusione).

Lezione del 6/6/2022:
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.

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