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Linear differential operators Linear differential operators
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© 2002-2007 Prof. Dr. Hans Wilhelm Alt, University of Bonn, Germany

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Proof. Definiere  u(x)  zu einer  C1 -Abbildung  γ : [s0,s1] → Ω  wie in eq:14. Wie im Beweis von sect:1-4 sehen wir, dass wir  [s0,s1]=[0,1]  annehmen können. Wir haben wieder die Unabhängigkeit dieses Integrals von  γ  zu beweisen. Sei also  γ̃∈C1([0,1] ; Ω)  mit  γ̃(0) = γ(0) ,  γ̃(1) = γ(1) . Wie in sect:1-4 wählen wir eine Homotopie
h : [0,1]2 → Ω     mit h(0,s) = γ(s) ,     h(1,s) = γ̃(s) .
Wähle dann ein offenes  Ω'  mit
h([0,1]2)⊂Ω'⊂clos(Ω')⊂Ω
mit kompaktem  clos(Ω') . Auf  Ω'  betrachte die Glättung  fε := ϕε∗ f  für kleines  ε>0  mit einer Standard-DIRAC-Folge. Die schwachen Differentialgleichungen von  f  übertragen sich auf  fε  (siehe Satz sect:2-10), d. h. für kleines  ε>0  gilt
jfεi-∂ifεj = 0      in Ω' für i,j=1,...,n .
Wie im Beweis von sect:1-4 folgt dann
1
0
fε∘γ(s) γ(s) ds =
1
0
fε∘γ̃(s) γ̃(s) ds .
Da  fε → f  gleichmäßig in  clos(Ω') , folgt diese Identiät auch für  f . Dies beweist, dass  u  in eq:14 wohldefiniert ist. Dass dann  u  stetig differenzierbar mit  ∇u = f , ist derselbe Schluss wie im Beweis von sect:1-4.

Ausblick

Eine wichtige Anwendung erfährt die Gradientengleichung bei der Lösung der NAVIER-STOKES-Gleichungen. Diese kann man schwach lösen in einem geeigeneten HILBERT-Raum divergenzfreier Geschwindigkeitsfelder. Bei dieser Formulierung fällt der Druckterm in den NAVIER-STOKES-Gleichungen weg. Hat man eine Lösung in dieser schwachen Formulierung gefunden, muss man nachträglich den Druck definieren. Dies ist eine Gleichung der Form  ∇u = f , wobei  f  aber noch viel schwächer ist als oben in sect:1-18, nämlich in einem Dualraum eines Funktionenraumes. Man erhält dann (zu jedem Zeitpunkt) einen Druck  u∈L2(Ω; R)  dieser Gleichung.


Version 1.5
H.W. Alt - 02.01.2007

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