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非線形シュレディンガー方程式と臨界指数

研究課題

研究課題/領域番号 23K03160
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分12020:数理解析学関連
研究機関東北大学

研究代表者

林 仲夫  東北大学, 理学研究科, 特任教授 (30173016)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード非線形シュレディンガー方程式 / 臨界べき非線形項 / 解の漸近的振る舞い / 非線形境界値問題 / 散乱問題 / 自己相似解
研究開始時の研究の概要

各年度を通して以下の研究を行う。1.非線形境界値問題を考察し、初期値の減衰度、冪乗型非線形項の階数がどの様に解の存在時間に影響を与えるかを、臨界指数であるスケール不変な空間を境界として研究する。2.一般次元において臨界冪非線形項を持った非線形境界値問題を考え、解の振る舞いが線形解とどの様に異なる調べる。3.臨界冪非線形項を持った分数冪非線形シュレディンガー方程式の自己相似解の存在を示し、目的とする方程式の解がその近傍で安定であるかを調べる。

研究実績の概要

1.微分型シュレディンガー方程式のラプラス作用素を分数冪微分に変換した方程式の
初期値問題の考察を行い, 分数冪の階数が0と1,あるいは1と3の間にあるとき,
解の漸近的振る舞いを明らかにした.この結果はJ. Math. Anal. Appl. 525 (2023) 127222,https://doi.org/10.1016/j.jmaa.2023.127222に掲載されている.
2. 修正Korteweg-de Vries方程式の線形部分にあたるAiry方程式の3階微分を分数冪微分に変換した方程式の初期値問題の考察を行い分数冪の階数が2と3の間にあるときに成果を拡張した. 階数が3にときは修正Korteweg-de Vries方程式である.分数冪微分の階数が2を境にして線形解の時間減衰評価, 解の平滑化効果が異なる. 階数が2を超えると時間減衰が遅くなり, 漸近的振る舞いを求めるという観点からは問題は難しくなる. 一方解の平滑化効果をあり, 微分項を含んだ非線形項を扱うことが容易となる.我々はこれらの性質を利用して新しい成果を得た. この結果は J. Evol. Equ., 23, Article number: 61 (2023) https://doi.org/10.1007/s00028-023-00910-1 及び Partial Differential Equations and Applications, Aricle number; 26 (2023), Published: 05 June 2023. https://doi.org/10.1007/s42985-023-00247-xに掲載されている.
3. 高階 KdV-BBM 型方程式の研究を行い, 時間大域解の存在と解の漸近的振る舞いを示した.この成果により, 我々の発展方程式に対する因数分解の手法が廣いクラスの非線形分散型波動方程式の研究に有効であることを示すことができたと考える.この結果は
J. Pseudo-Differ. Oper. Appl., (2024) 15, No. 16, https://doi.org/10.1007/s11868-024-00588-0に掲載されている.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

修正Korteweg-de Vries方程式の線形部分にあたるAiry方程式の3階微分を分数冪微分に変換した方程式の初期値問題の考察を行い分数冪の階数が1と2 ,あるいは 2と3の間にあるとき, 解の漸近的振る舞いを明らかにした.階数が2のときは修正Benjamin-Ono方程式, 階数が3のときは修正Korteweg-de Vires方程式と呼ばれる非線型分散型方程式となる. 結果は論文として国際誌に掲載されている.高階 KdV-BBM 型方程式の研究を行い, 時間大域解の存在と解の漸近的振る舞いを示した.ここで, 我々の発展方程式に対する因数分解の手法が廣いクラスの非線形分散型波動方程式の研究に有効であることを確認することができた.結果は論文として国際誌に掲載されている.

今後の研究の推進方策

一次元シュレディンガー方程式の非線形 Neumann境界値問題の研究を継続して行い, 有限時間爆発と初期値の無限遠方減衰度, 非線形項の階数との関係を明らかにする. また外部非線形項が存在する場合に, 有限時間爆発の問題, スケール不変な空間で問題を考える研究を発展させる. 一次元の問題を多次元空間に拡張することを考える.初期値問題の研究において用いられた因数分解公式の境界値問題における有効性を再考する.
初期値問題に関しては非線形項が臨界冪以下の問題を考察し解の漸近的振る舞いを明らかにすることを試みる.非線形項が臨界冪以下の問題は初期値が解析的であるという強い条件下ではいくつかの結果が示されているが, 初期値が通常用いられるソボレフ空間にある場合は皆無である。その点においてこの試みは挑戦的な研究課題と考える.

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] UNAM Morelia(メキシコ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Modified scattering for the higher-order KdV-BBM equations2024

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Nakao、Naumkin Pavel I.
    • 雑誌名

      Journal of Pseudo-Differential Operators and Applications

      巻: 15 号: 1

    • DOI

      10.1007/s11868-024-00588-0

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Modified scattering for the derivative fractional nonlinear Schrodinger equation2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Nakao、Naumkin Pavel I.
    • 雑誌名

      Journal of Mathematical Analysis and Applications

      巻: 525 号: 2 ページ: 127222-127222

    • DOI

      10.1016/j.jmaa.2023.127222

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Modified scattering for the fractional mKdV equation2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Nakao、Naumkin Pavel I.
    • 雑誌名

      Journal of Evolution Equations

      巻: 23 号: 3

    • DOI

      10.1007/s00028-023-00910-1

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Asymptotics of solutions for the fractional modified Korteweg-de Vries equation of order a in (2,3)2023

    • 著者名/発表者名
      Carreo-Bolaos Rafael、Hayashi Nakao、Naumkin Pavel I.
    • 雑誌名

      Partial Differential Equations and Applications

      巻: 4 号: 4

    • DOI

      10.1007/s42985-023-00247-x

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Fractional nonlinear Schodinger equations with derivative or power nonlinearities2024

    • 著者名/発表者名
      Hayashi, Nakao
    • 学会等名
      International workshop Regularity and Singularity for Geometric PDE and related topics -in honor of Professor Masashi Misawa’s 60th birthday-,
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Subcritical Hartree type equations in one space dimension2024

    • 著者名/発表者名
      Hayashi, Nakao
    • 学会等名
      第41回九州における偏微分方程式研究集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Schrodinger equation with nonlinear boundary conditions2024

    • 著者名/発表者名
      林 仲夫
    • 学会等名
      第42回非線形発展方程式セミナー@KUE
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Asymptotics of solutions to the fractional nonlinear Schrodinger equations (Zoom)2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi, Nakao
    • 学会等名
      Workshop on Nonlinear Dispersive Equations, Fudan University
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Self-similar character of the derivative fractional nonlinear Schrodinger equation (Zoom)2023

    • 著者名/発表者名
      Hayashi, Nakao
    • 学会等名
      Yanbian University
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分数冪非線形シュレディンガー方程式の解の存在と漸近的振る舞い2023

    • 著者名/発表者名
      林 仲夫
    • 学会等名
      応用解析研究会40周年記念講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fractional nonlinear Schrodinger equations2023

    • 著者名/発表者名
      林 仲夫
    • 学会等名
      One day workshop on mathematical analysis in Hakodate, 公立はこだて未来大学
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 臨界冪 Hartree 型方程式について2023

    • 著者名/発表者名
      林 仲夫
    • 学会等名
      第16回 実解析と函数解析による微分方程式セミナー, 鳴子
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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