问答题(2022年天津大学

设R3上的函数u具有二阶连续偏导数,且不恒为常数,并满足方程∆u+u5=0,∆=∂2/(∂x2 )+∂2/(∂y2 )+∂2/(∂z2 ).令uλ (x,y,z)=λα u(λx,λy,λz),α是某非零常数,使得对任意的λ>0,函数uλ都满足Δuλ+uλ5=0.

(1)求常数α;

(2)若积分|∇uλ (x,y,z)|2  dxdydz收敛,则对任意的λ>0,以下等式成立:|∇uλ (x,y,z)|2  dxdydz=|∇u(x,y,z)|2  dxdydz,这里∇=(∂/∂x,∂/∂y,∂/∂z);

(3)假设D是R3中的一个有界光滑曲面∂D围成的区域,且 u|∂D=0,

证明:∫D|u(x,y,z)|6  dxdydz=∫D|∇u(x,y,z)|2  dxdydz.

答案解析

(1) ∆u+u5=λα+2 ∆u(λx,λy,λz)+λ5α u5 (λx,λy,λz)=0∴α+2=5α解得α=1/2.(2) |∇uλ (x,y,z)|2 dxdydz=|λα+1 ∇u(λx,λy,λz)|2 dxdydz=λ2(α+1)|∇u(λx,λy,λz)|2 dxdydz令λx=ξ,λy=η,λz=ζ上式化为:λ2(α+1) /λ3|∇u(λx,λ...

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