Application of Littlewood-Paley decomposition to the regularity of Boltzmann type kinetic equations
Application de la décomposition de Littlewood-Paley à la régularité pour des équations cinétiques de type Boltzmann
Résumé
We study the regularity of kinetic equations of Boltzmann type. We use essentielly Littlewood-Paley method from harmonic analysis, consisting mainly in working with dyadic annulus. We shall mainly concern with the homogeneous case, where the solution f(t,x,v) depends only on the time t and on the velocities v, while working with realistic and singular cross-sections (non cutoff).
In the first part, we study the particular case of Maxwellian molecules. Under this hypothesis, the structure of the Boltzmann operator and his Fourier transform write in a simple form. We show a global C^\infty regularity.
Then, we deal with the case of general cross-sections with "hard potential". We are interested in the Landau equation which is limit equation to the Boltzmann equation, taking in account grazing collisions. We prove that any weak solution belongs to Schwartz space S. We demonstrate also a similar regularity for the case of Boltzmann equation. Let us note that our method applies directly for all dimensions, and proofs are often simpler compared to other previous ones.
Finally, we finish with Boltzmann-Dirac equation. In particular, we adapt the result of regularity obtained in Alexandre, Desvillettes, Wennberg and Villani work, using the dissipation rate connected with Boltzmann-Dirac equation.
In the first part, we study the particular case of Maxwellian molecules. Under this hypothesis, the structure of the Boltzmann operator and his Fourier transform write in a simple form. We show a global C^\infty regularity.
Then, we deal with the case of general cross-sections with "hard potential". We are interested in the Landau equation which is limit equation to the Boltzmann equation, taking in account grazing collisions. We prove that any weak solution belongs to Schwartz space S. We demonstrate also a similar regularity for the case of Boltzmann equation. Let us note that our method applies directly for all dimensions, and proofs are often simpler compared to other previous ones.
Finally, we finish with Boltzmann-Dirac equation. In particular, we adapt the result of regularity obtained in Alexandre, Desvillettes, Wennberg and Villani work, using the dissipation rate connected with Boltzmann-Dirac equation.
Nous étudions la régularité des équations cinétiques de type Boltzmann. Nous nous basons essentiellement sur une méthode d'analyse harmonique de type "décomposition de Littlewood-Paley", consistant principalement à travailler avec des couronnes dyadiques. Nous nous intéressons de plus, au cadre homogène où la solution f(t,x,v) dépend uniquement du temps t et de la vitesse v, tout en travaillant avec des sections efficaces réalistes et singulières (non cutoff).
Dans une première partie, nous étudions le cas particulier des molécules Maxwelliennes. Sous cette hypothèse, la structure de l'opérateur de Boltzmann et de sa tranformée de Fourier s'expriment de manière simple. Nous montrons ainsi une régularité globale C^\infty.
Ensuite, nous traitons le cas des sections efficaces générales avec "potentiel dur". Nous nous intéressons d'abord à l'équation de Landau. C'est une équation limite de l'équation de Boltzmann prenant en compte les collisions rasantes. Nous prouvons que toute solution faible appartient à l'espace de Schwartz S. Nous démontrons ensuite une régularité identique pour le cas de l'équation de Boltzmann. Notons que notre méthode s'applique directement pour toutes les dimensions, en signalant que les preuves sont souvent plus simples comparées à d'autres preuves plus anciennes.
Enfin, nous terminons avec l'équation de Boltzmann-Dirac. En particulier, nous adaptons le résultat de régularité obtenu dans le travail de Alexandre, Desvillettes, Wennberg et Villani, en utilisant le taux de dissipation d'entropie relatif à l'équation de Boltzmann-Dirac.
Dans une première partie, nous étudions le cas particulier des molécules Maxwelliennes. Sous cette hypothèse, la structure de l'opérateur de Boltzmann et de sa tranformée de Fourier s'expriment de manière simple. Nous montrons ainsi une régularité globale C^\infty.
Ensuite, nous traitons le cas des sections efficaces générales avec "potentiel dur". Nous nous intéressons d'abord à l'équation de Landau. C'est une équation limite de l'équation de Boltzmann prenant en compte les collisions rasantes. Nous prouvons que toute solution faible appartient à l'espace de Schwartz S. Nous démontrons ensuite une régularité identique pour le cas de l'équation de Boltzmann. Notons que notre méthode s'applique directement pour toutes les dimensions, en signalant que les preuves sont souvent plus simples comparées à d'autres preuves plus anciennes.
Enfin, nous terminons avec l'équation de Boltzmann-Dirac. En particulier, nous adaptons le résultat de régularité obtenu dans le travail de Alexandre, Desvillettes, Wennberg et Villani, en utilisant le taux de dissipation d'entropie relatif à l'équation de Boltzmann-Dirac.