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第32卷第2期 南昌大学学报(理科版) Vo1.32 No.2 2008年4月 Journal of Nanehang University(Natural Science) Apr.2008 文章编号:1006—0464(2008)02—0111—04 关于非线性算子的几个不动点定理 陈眷芳,朱传喜 (南昌大学数学系,江西南昌 330031) 摘要:运用锥理论和迭代方法,首先讨论混合单调算子不动点的存在唯一性,在此基础上进一步研究一类非线性 算子不动点的存在唯一性定理,得到了几个新的结果。 关键词:不动点;非线性算子;拟弱紧集 中图分类号:0177.2 文献标识码:A 1 预备知识 ≤Y≤Y ,同时,我们有: =limu ,Y’:limv ,其中Ⅱ =A(Ⅱ 一1, 设P是实Banach空间 中的一个锥,从而在 一1), =A( .1,Ⅱ )(n=1,2,3…),且满足:Ⅱ0 中引人了半序,乘积空间E×E是一个实Banach空 ≤Ⅱ1≤…≤Ⅱ ≤…≤ ≤…≤ l≤ o o 间, 其中的范数我们取为:ll( ,Y)ll = 本文的一些相关文献参见[2—9]。 max ll,l lY ll},V( ,Y)∈E×E。首先回顾下 面概念。 2 主要结果 设D c ,于是D×D c E×E,设算子A:D×D 定理1 设Ⅱo, o∈E,Ⅱo< 0,并且A:[Ⅱo, o] — ,如果A( ,Y)关于 增,关于Y减(即 。, :,Y , ×[Ⅱ。, 。]一 是一个混合单调算子,使得Ⅱ。≤ Y2∈D; l≤ 2,Y1≥Yz= A( l,Y1)≤A( 2,Y2)),贝0 A(Ⅱ0, 0),A(u0,Ⅱo)≤ o。假设P是正规锥,A{[Ⅱo, 称A是混合单调的。 。]×[Ⅱ。, 。]}是拟弱紧集,且A是次连续算子,同 女口果( ,Y )∈D×D满足A( ,Y )= , 时存在0<口<1,使 A(Y , )=Y ,则称( ,Y )是A的耦合不动点。 A(Ⅱ2, 2)一A(Ⅱl, 1)≤口(Ⅱ2一Ⅱ1),Ⅱl,Ⅱ2, l, 2 如果 ∈D满足A( , )= ,则称 是A的一个 ∈[Ⅱ0,u0]且Ⅱl≤Ⅱ2, 1≥u2 (1) 不动点。 则算子A在[Ⅱ。, 。]中存在唯一不动点 ,而且迭代 设P是 中的锥,S是 中的一个子集,若对S 序列Ⅱ :A( 一1, 一1), =A( 一1,Ⅱ 一1)(n=1,2, 中的任一全序序列{ },都存在{ }的子列{ } …)都收敛于 。 一 暮 一 及 ∈D,使 . ,则称s是 中的拟弱紧集。 证明 由归纳法易证:Ⅱ。≤Ⅱl≤…≤Ⅱ ≤… 在实Banach空问E中,如果 和y ≤ ≤…≤ 1≤ o (2) 毫己 事实上,1。。当n=1时,由uo≤A(uo,1"3o),a(vo,uo) Y蕴含有A( ,Y ) A( ,y),其中 ,Y , ,Y均属 ≤ 。及A是混合单调算子可知:Ⅱ0≤Ⅱ1=A(Ⅱ。, 0) 于 ,那么我们称算子A是弱连续的。 ≤A( o,Ⅱo)= 1≤ o,即Ⅱo≤Ⅱ1≤ 1≤ o,从而 引理1 设Ⅱo,u0∈E,并且A:[Ⅱ0, 0]× (2)式成立。2。.假设n=k时(2)式也成立,即Ⅱ㈦ [Ⅱ。, 。]一 是一个混合单调算子,使得Ⅱ。≤A(Ⅱ。, ≤Ⅱ ≤ ≤ 一1,则当n=k+1时,由 一1≤ ≤ ),A( 。,Ⅱ。)≤ ,假设P是正规的,同时A{[Ⅱ。, ≤ 一 及A是混合单调算子有 ]×[ ,%]}是拟弱紧集,且A是次连续算子,那 Ⅱ :A( 一1, 一1)≤A(Ⅱ , )=Ⅱ +1≤A( , 么A有一个耦合不动点( ,Y )∈[Ⅱ。, 。]×[Ⅱ。, Ⅱ ): +1≤a(v 一1, 一1)= 即Ⅱ ≤ +1≤ +1≤ 。],其中最大与最小的意义是:对任何A的耦合不 ,这就是说,当n=k+1时(2)式成立。 动点( , )£[ o,型0] [Ⅱ0, 0],有 ≤ ≤Y , 综合1。,2。可知,不论n为何自然数,(2)式总 收稿日期:2007—03—19 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10461007)、(10761007);江西省自然科学基金资助项目(0411043)、 (2007GZS2051) 作者简介:陈春芳(1971一),女,博士,副教授. 维普资讯 http://www.cqvip.com ・l12・ 南昌大学学报(理科版) 2008正 成立。 由(1),(2)式可得 0≤ 一u =a(v 一l,u 一1)一A(u 一l, 一1)≤ 0( 一l—u 一1)≤…≤0 ( 0一u0) (3) 由P的正规性及(3)式可得 0≤I I一u II≤0 ⅣI I0一u0 II— 0(n_+ ∞),其中Ⅳ为P的正规常数,而由引理l可得,存在 A的耦合不动点( ,Y )∈[u。, 。]X[u。, 。]且 li m u = ,li m =Y ,所以 Y ,令 = =Y ,则 是A的不动点。 下面证 为A的唯一不动点。 为A的任一不动点,由( ,Y )的最大最 小性得: ≤ ≤Y ,而已证 =Y = ,所以 = 即 为A的唯一不动点。 下面讨论在A的条件更弱情况下的一些结论。 定理2 设P是正规锥,P c E,u0, 0∈E,u0< 。,同时A:[u。, 。]X[u。, 。]一E是次连续的,且存 在非负常数0,b,c(0<c<l—b)使 A(u0, 0)≥u0一b(u0一 0),A( 0,u0)≤ 0+ b(u0一 0) (4) A(u2, 2)一A(ul, 1)≥0(u2一u1)+b(v2一 1),u2≥ul, l≥ 2 (5) A(u2, 2)一A(ul, 1)≤c(u2一u1)+b(v2一 1),it,2≥ul, l≥ 2 (6) 令曰(u, )= —l— 一0—0 [A(u, )一0u—by],若 曰{[u。, 。]X[u。, 。]}是一个拟弱紧集,则A在[u。, ]中存在唯一不动点。 证明 由(4)式知: 曰(UO ̄UO) i [A(U0 ̄UO)一。u。一6 。] ≥ [u。一6(u。一 。)一。u。一6 。]=u。 (7) 曰(UO ̄UO) i [A(UO ̄UO)一。 。一6u。] ≤ [ 。+6(u。一 。)一 一6u。]= 。 (8) 下面证明B(u, )是混合单调算子。 事实上,设u ≤u , ≥ ,由(5)式得 曰(1/,2 ̄V2)一曰(ut, t) 丁 [A(u , )一 。u —bv2]一T南[A(u , )一。u 一6 ]= [A(u , )一A(u , )+。(u 一u )+6( 一 )]≥ 寺 [。(u —u )+6( )+。(u 一u2)+b(vl一 2)]:0 所以B(u, )为混合单调算子。 设ul≤u2, l≥ 2,由(6)式可得 曰(u , )一曰(u , t) 丁 [A(U2 ̄U2)一 A(ul, 1) + 0(ul — u2) + b(vl 一 2)] ≤ [c(uz—u )+6( z一 )+。(u 一u )+ 6( 一 )]= (u —ut)=y(u —u )(0 <y <1) 由A:[u。, 。]X[u。, 。]一E是次连续的,易证 B:[u0, 0]X[u0, 0]一E也是次连续的。 事实上,设u _+u, _+ ,因为A:[u0, 0]X [Uo, 。]一E是次连续的,所以a(u , ) A(u, ),从而曰( n) 寺 EA( n)一 一 by.三Fl_[A(u, )… ]=曰( ), 因而曰:[u。, 。]X[u。, 。]一E也是次连续的。 由定理1可知曰(u, ) [A(u, )一 伽一by]在[u。, 。]中存在唯一不动点,不妨设为 , 即曰( , ) = , 贝0曰( , ) = 南[A( , )一。 一6 ]= 从而 a(x , )= ,所以A在[u。, 。]中存在唯一不动 点。 定理3 设E是实Banach空间,P是E中的正 规锥,算子A:[u。, 。]X[u。, 。]一E满足下列条件: 存在非负常数0,b,d满足0+b<1,d<1—2b,d+ b一0>0使(4)一(5)式成立,且有 A(u2,u1)一A(ul,M2)≤d(It,2一M1) (ul≤ u ) (9) 则A在[u。, 。]中存在唯一不动点。 证明设曰(u, ) 南[A( )一。u一 幻1 由(4)式知 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 陈春芳等:关于非线性算子的几个不动点定理 B( 0, 0)= 南[ (UO ̄UO)一。 。一6 。] ( 一1一 一1)≤…≤ “( 0)(n=1,2,…) (12) ≥南[ 。一6( 。 )一 一6 ]= 。 B(u0 ̄u0)= [ (UO ̄U0)一。 。一6 。] ≤南[%+6( 。一%)一。 一buo]= 下面证明B(“, )是混合单调算子。 设 。≤ 2, l≥ 2,由(5)式得 ( , )一B(Ul ̄uI)=南 [ ( 2, 2)一 。 一bv2]一南[ ( 。, 。)一。 。一by1]= 南[ (U2 ̄U2)一 (U1 ̄UI)+。( 。一 )+6( 。 一 ]≥南[。( )+ )+。( 。 一 1)+b( 1一 2)]=0 所以 ( , )为混合单调算子。 由(9)式知 B(u2,u1)一B(uI ̄u2)=南[ (/1"2 ̄U1)一 。 一6 。]一南[ (Ul ̄/1"2)一。 。一bu2在 ]= ● 南[ (U2 ̄U1)一 (U1 ̄U2)+。( 。一 )+∈ b( 2一 。)]≤ 南[d( 一 ,)一。( 一E ● 。) ∈ +6( 一 ,)]= /L/L ( 一 ,)=卢( 一 使 。)(0< = <1) (10) 令 =B( 一1, 一1), =B( 一1, 一1) 易证 一l≤ ≤ ≤ 一1 (1 事实上,已证明 0≤B( 0, ),B( , 0)≤ ,即 U0≤ 1, l≤ 而 l=B( 0,U0)≤B( , 0)= l, 从 而 0≤ 1≤ 1≤ ,所以(11)式成立。 假设当n= k时(11)式成立,即 ≤ ≤ ≤ 一。成立。当n =k+1时,因为 =B( , )≥B( , 一1)= , +1= ( , )≤B( 一1, )= 而 = B( , )≤B( , )= +l,则 ≤ +1≤ +1≤ 0 综上可知:(11)式,即 ≤ ≤ ≤ 一1成 立。 由(1O)、(11)式可知: 0≤ 一 =B( ~l, 一1)一B( 一1, 一1)≤ 于是,对任意自然数m有 0≤ + 一 ≤ 一 = “( 0一 0) 13、 0≤ 一 + ≤ 一 ≤ “( 0一 0) 14) 由(12)、(13)、(14)及P的正规性可得 l I一 lI≤A l IU0一 o lI (15) lI“ 一 II≤^ “l 1一 。lI (16) l {一 + l{≤^ “l{ 一 0 l {(17) 由(1 6)、(17)式可知{ },{ }为E中的柯 西列, 又由E的完备性可知,存 li m = ,li m : ,卜+∞,卜+∞ 且 ≤ ≤ ≤ ,由(15)式可知“ = 记 ’= : ∈[ 0, ] =B( , )≤B(x , )≤B( , )= n 由(18)式及P 的正规性可知, ( , )= ’,且p 为 ( , ) 在[ 。, ]中的不动点。 下面证明 为 B( , )在[ 。, ]中的唯一不 动点: 设Y 为B( , )在[ 。, ]中的任一不动点,则 (), ,Y )=Y’,且 0≤Y ≤ l=B( 0, )≤ (), ,Y )=Y ≤B( , 0)= l 类似地 ≤Y ≤ ,由数学归纳法可证 ≤Y’≤ (n=0,1,2,…) (19) 由(18)、(19)式及P的正规性可知 =Y’, 则 为B( , )在[‰,U0]中唯一的不动点。而 ( , )=南[ ( , )一。 一6 ],则 ( , )=F [A( , )一0 一6 ]= , 从 ‘‘ 。 。 而 ( , )= 。所以 在[ 。, ]中存在唯一不 动点。 参考文献 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