1. 引言
考虑一类次线性项Schrödinger-Maxwell系统无穷多非平凡解的存在性。
(1)
这样的方程又被称为Schrödinger-Poisson方程。Schrödinger-Maxwell方程解的存在性在凝聚态物理、电磁学与量子力学的交叉领域、非线性光学、材料科学以及量子通信与量子计算等领域有十分重要的应用。
近几十年来,大批学者在现代变分法的帮助下,通过对Schrödinger-Maxwell方程中的位势函数和非线性项进行一系列的假设,取得了一系列丰硕的研究成果,具体可参考[1]-[5]。文献[6]中利用环绕定理首次研究了带有零谱点的问题(1)的非平凡解,更多关于这方面的结论可参考[7]-[11]。文献[12]中利用对称的山路定理得到了当
时问题(1)的无穷多解。结合大部分文献考虑的是
的情形,在文献[12]基础上,考虑
为正连续函数时,系统(1)无穷多非平凡解的存在性。
对
有以下假设
(V)
,
,其中
是一个常数。对每一个
,
。这里的测度是
空间里的Lebesgue测度。
(F1)
,
。
(F2) 当
时,对
,都有
。
(F3)
,对
,
,都有
,其中
为正连续函数。
(F4) 对
,都有
。
定理1.1 若假设(V),(F1)~(F4)满足,则系统(1)有无穷多非平凡解
满足:
其中
。
2. 预备工作
定义2.1. [13]设E为一个Banach空间,相应范数记为
,
,
,
。
,
。
定义2.2. [13]定义函数空间:
,对应内积和范数分别为
和
定义2.3. [13]定义函数空间
。相应的范数为
定义2.4. [13]定义空间
,
则E是一个Hilbert空间,对应的内积和范数分别为
,
和
定义2.5. [13]记
为
的范数,
,再记
显然,嵌入
是连续的。
结合[14]知,当所有的
时,从空间E到空间
的嵌入为紧的,
。
规定泛函
如下:
则
的,且I的临界点为方程(1)的一个解。
有[14]可知,对每一个
,有且仅有一个
,满足:
(2)
并且
具有下列性质:
(i)
;
(ii)
;
(iii)
;
(iv)
,其中
仅仅与C有关。
可表示为
。
考虑到
因而I可表示为
:
故
的,且:
当且仅当
是
的一个临界点时,
是方程(1)的一个解。
定理2.6 [15]设
为Hilbert空间,
为其对应的一组标准正交基。令
,
,
。设泛函
,且
。若存在
,使得对所有的
,存在
,且:
(Φ1)
;
(Φ2)
;
(Φ3) 对任意的
,
满足
条件。
则
具有一列无界的临界值。
3. 定理1.1的证明
引理3.1 若(V),(F1)~(F4)条件成立,则
下方有界且满足
条件。
证明:由条件(V),(F3),有:
(3)
对任意给定的
,令
。由上式和Hölder不等式,有:
故
下方有界。
现在来证明
满足
条件。由上述不等式知,存在常数
,使得:
假定在E中
弱收敛于
,则由(F3)得:对任意给定的
,选定
,使得:
(4)
故有等式:
(5)
成立。若等式(5)不成立,则存在一个常数
和一个子列
,使得:
(6)
故
在
中有一个收敛的子列。若
在
中收敛于
,则:
(7)
又
在
中弱收敛于
,从而
在
中弱收敛于
成立。结合(6)可知,当
时,有
,故:
这与(4)矛盾,故(5)成立。由(5)知,从而存在常数
,使得:
(8)
结合(8),(F3)和Hölder不等式,有:
类似地,由(F3),(2),(3)和Hölder不等式,有:
(9)
由于
是任意的,结合(7)和(8),有:
(10)
由(2)和Hölder不等式,有:
其中
。由Sobolev’s嵌入定理和
的性质(iii),有:
故
又
结合(2),(6)和(10),有:
即
满足
条件。
引理3.2 若假设(V),(F1)~(F4)满足,则有
,且:
证明:由(F2)假设,存在
,使得:
假定M足够大,且
足够小时,得:
。
定理1.1的证明 结合引理3.1、引理3.2可得,系统(1)对应的泛函
满足定理2.6的所有条件。由定理2.6知,泛函
具有一列临界点
,使得
,故定理1.1成立。
基金项目
本论文由2022年广西区教育厅高校中青年科研基础能力提升项目(2022KY1623)资助。
NOTES
*通讯作者。