EDP parabolique, Neumann: existence, unicité

Bonjour à tous
Je souhaite montrer qu'un système parabolique (non linéaire ), avec conditions de Neumann aux bords admet une unique solution.

$ U= ( u^1, u^2, u^3),$ $\ d=1,2\; ou\; 3,$ $\ F$ est non linéaire en $U$ et globalement Lipschitzien en sa troisième variable $\ s>0 .$
\begin{equation}
\left \{
\begin{aligned}
\dfrac{\partial U}{\partial t}(t,x) &= \Delta U(t,x) + F\big(t,x,U(t,x)\big) , \; \; t\in [0,T]\; , \; \; x\in \Omega=[0,1]^d \\
U(0,x) & \in H^s(D) \times H^s(D) \times H^s(D) , \; \; \; \forall \; x\in [0,1]^d \\
\dfrac{\partial U}{\partial n}(t,x)&=0, \; \; x\in \partial \Omega , \; \; t\in [0,T].
\end{aligned}
\right.
\end{equation}
Pour un $s$ donné, comment peut-on montrer l'existence et l'unicité de la solution d'un tel système (dans $C^1\Big( [0,T]\, ,\, L^2(D)\times L^2(D) \times L^2(D)\Big)\cap C\Big([0,T]\, ,\,H^s(D)\times H^s(D) \times H^s(D)\Big)$ par exemple) ?

Merci d'avance pour vos réponses.

Réponses

  • Point fixe
  • Pourrais-tu être plus précis ?!

    En fait vu un résultat similaire, mais le domaine n'est pas le même. Ce resultat est énoncé pour un ouvert $\Omega$ dont la frontière est de classe $C^2$. Mais dans mon cas le problème est posé sur $ [0,1]^d$. Je ne connais pas grande chose sur la notion de "frontière de classe $C^2$, je ne sais donc pas si $ [0,1]^d$ est de classe $C^2$. Et je me demande alors si le resultat reste encore valable sur $ [0,1]^d$.
  • Désolé pour ma réponse elliptique à un problème parabolique :)

    $[0,1]^d$ n'est pas vraiment $C^2$.
    J'avoue que je ne connais pas bien les théorèmes de régularité version $H^s$ mais dans $[0,1]^d$ on ne pourra certainement pas atteindre tous les $H^s$, en plus avec Neumann...

    Le résultat similaire : valeurs de $s$ ?

    Comme avec un argument de type bootstrap on peut tenter de récupérer la régularité, la première question est l'existence. Pour cela il y a la solution du point de fixe de (Leray)-Schauder, la solution (mais ici j'en doute) point de Banach (la contraction), ou alors Faedo-Galerkin. Il y a peut-être aussi les semi-groupes.

    O.G.
  • Prenons $s=2$.

    Je pense que : comme F est Lipschitz, on peut utiliser le théorème du point fixe pour obtenir l'existence d'une solution mild ( formulation avec le semi-groupe associé au Laplacien ).

    Si j'appelle $T(t) := e^{-t\Delta}$ le semi groupe associé au Laplacien, alors la forme mild de mon equation est

    $$ U(t,x)= T(t)U(0,x)+\int_0^t T(t-s)F(U(s,x) )ds, \; \; x\in D. $$

    Mais est-ce que cette solution serait une solution classique ?
  • Bonjour

    Il faut tout de même une hypothèse sur $F(x,t,0)$ ? Quelle est-elle ?

    Avec un cube, qui est Lipschitz, je doute qu'on récupère la régularité $H^2$ de la solution
    (sauf cas spécifique le domaine étant convexe, en dimension 2 il y a de telles améliorations au moins pour des pbs stationnaires).

    Pourquoi vouloir une solution classique ?

    O.G.
  • Bonjour ,

    On suppose que $F(x,t,0)=0. $

    Pour le deuxième point je suis d'accord avec toi. Si on s'intéresse d'abord à l'existence de la solution, comment le prouver ?

    Quand je parle de solution classique, c'est juste dire une solution qui n'est pas issue de la formulation avec le semi-groupe.
    Pour ces types de problèmes, il arrive qu'on trouve une solution faible par exemple, mais cela ne nous garantit pas directement l'existence d'une solution (forte).

    Donc, le fait de savoir que mon problème avec la formulation semi-groupe admet une solution, suffit-il pour affirmer l'existence de solution (forte) ?
  • Pour savoir si ta relation mild est une solution classique, je te conseille de consulter la bonne référence A. Pazy "semigroups of linear operators and partial differential equations" il y a des théorèmes généraux là- dessus, de mémoire vague il suffit que le semi-groupe généré soit analytique...
  • Ok. Je regarde. Merci !!!
  • Supposons un instant qu'il existe une solution $U \in L^2\Big(0,T;\big(H^1(D)\big)^3\Big)\cap C\Big( [0,T]\, ,\, \big(L^2(D)\big)^3\Big)$. Alors comment utiliser un argument bootstrap pour récupérer la régularité ?
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