第1章Zakharov-Kuznetsov方程的物理背景和基本性质
1.1 Zakharov-Kuznetsov方程简介
Zakharov-Kuznetsov方程如下:
(1.1)
其中为实值函数,为Laplace算子.方程是如下广义方程的一个特例:
(1.2)
其中,若,则且;若.可知
当空间维数d=1时,方程(1.2)为著名的广义Korteweg-deVries(gKdV)方程.
ZK方程由Kuznetsov和Zakharov[39]提出,用于描述二维和三维情况下离子声波在均勻磁化等离子体中的传播.Lannes,Linares和Saut[421由长波极限下带磁场的Euler-Poisson方程组推导出了ZK方程.Han-Kwan丨29]同样由冷离子和长波联合极限下的Vlasov-Poisson方程组推导出这个方程.ZK方程有如下守恒量:
(1.3)
和
(1.4)
近年来,人们对ZK和gZK的适定性理论进行了广泛研究.在二维情况下,Faminskii[181证明了能量空间中ZK方程Cauchy问题的整体适定性.
Linares和Pastor[45]将中局部适定性结果降低至,Griinrock和Herr[26]以及Molinet和Pilod将局部适定性降低至.Ribaud和Vento得到了三维情况下ZK方程的*佳结果,他们证明了当s>1时在HS(R3)中的局部适定性,且在[67]中得到了关于时间的整体适定性.关于的gZK方程的适定性结果,可以参考[19,25,45,46,72];关于的唯一延续结果,可参考[9,10,69].
注意到,若U为方程(I.2)关于初值m0的解,则为方程(1.2)关于初值仰。知)的解,其中.因此,方程的尺度不变Sobolev空间为,其中,当时方程是临界的类似地,当时它是次临界的,当时它是超临界的.
1.2 Zakharov-Kuznetsov方程的物理来源
若考虑非等温等离子体的慢动作,它位于均匀的磁场H0中(它的特征频率;为回旋加速器的频率),我们能用流体力学方程描述,其中密度为,离子速度为v,设电场是有势的,
(1.5)
(1.6)(1.7)
这组方程描述了两种类型的振荡:离子声速和回旋加速器.在长波极限下有色散要素
其中rd为Debye半径,为音速从(1.7)可以得到长波振荡电子位
和非线性与弱非线性的关系
从(1.6)中消去可得
将方程(1.5)—(1.8)分裂为低频运动和离子音速振荡,此时可得离子音速波,离子速度可近似沿着z轴,即磁场方向.此时,描述离子声振荡
(1.9)
离子声速振荡的群速度直接沿着磁场,此时波传播在相反的方向,和另一个弱相互作用.此时(1.8),(1.9)可化为一个方程
(1.10)
(1.10)为方程空间上的拓展.沿磁场方向作变换
可得(1.9)的无量纲形式
(1.11)
(1.11)进一步可写为形式
其中Hamilton出数究[81]为
考虑(1.11)的正常孤立波解,可得
(1.12)
当时指数衰减.为简单化,设为球对称,满足方程
由(1.12)得易证孤立子Lyapunov是稳定的,这是由于
1.3从Euler-Poisson方程推导ZK方程
考虑用磁场等离子体的非线性离子声波的Euler-Poisson方程推导方程
(1.13)
考虑在,附近的线性化方程组[42]
其中.平面波,fc3)的色散关系满足
或者
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