Fine properties of solutions for quasi-linear elliptic and parabolic equations with non-local and non-standard growth - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Fine properties of solutions for quasi-linear elliptic and parabolic equations with non-local and non-standard growth

Propriétés fines des solutions pour les équations elliptiques et paraboliques quasi-linéaires avec croissance non locale et non standard

Résumé

In this thesis, we study the fine properties of solutions to quasilinear elliptic and parabolic equations involving non-local and non-standard growth. We focus on three different types of partial differential equations (PDEs).Firstly, we study the qualitative properties of weak and strong solutions of the evolution equations with non-standard growth. The importance of investigating these kinds of evolutions equations lies in modeling various anisotropic features that occur in electrorheological fluids models, image restoration, filtration process in complex media, stratigraphy problems, and heterogeneous biological interactions. We derive sufficient conditions on the initial data for the existence and uniqueness of a strong solution of the evolution equation with Dirichlet type boundary conditions. We establish the global higher integrability and second-order regularity of the strong solution via proving new interpolation inequalities. We also study the existence, uniqueness, regularity, and stabilization of the weak solution of Doubly nonlinear equation driven by a class of Leray-Lions type operators and non-monotone sub-homogeneous forcing terms. Secondly, we study the Kirchhoff equation and system involving different kinds of non-linear operators with exponential nonlinearity of the Choquard type and singular weights. These type of problems appears in many real-world phenomena starting from the study in the length of the string during the vibration of the stretched string, in the study of the propagation of electromagnetic waves in plasma, Bose-Einstein condensation and many more. Motivating from the abundant physical applications, we prove the existence and multiplicity results for the Kirchhoff equation and system with subcritical and critical exponential non-linearity, that arise out of several inequalities proved by Adams, Moser, and Trudinger. To deal with the system of Kirchhoff equations, we prove new Adams, Moser and Trudinger type inequalities in the Cartesian product of Sobolev spaces.Thirdly, we study the singular problems involving nonlocal operators. We show the existence and multiplicity for the classical solutions of Half Laplacian singular problem involving exponential nonlinearity via bifurcation theory. To characterize the behavior of large solutions, we further study isolated singularities for the singular semi linear elliptic equation. We show the symmetry and monotonicity properties of classical solution of fractional Laplacian problem using moving plane method and narrow maximum principle. We also study the nonlinear fractional Laplacian problem involving singular nonlinearity and singular weights. We prove the existence, uniqueness, non-existence, optimal Sobolev and Holder regularity results via exploiting the C^1,1 regularity of the boundary, barrier arguments and approximation method.
Dans cette thèse, nous étudions les propriétés fines des solutions d'équations elliptiques et paraboliques quasi-linéaires impliquant une croissance non locale et non standard. Nous nous sommes concentrés sur trois différents types d’équations aux dérivées partielles (EDP).Dans un premier temps, nous étudions les propriétés qualitatives des solutions faibles et fortes d’équations d'évolution comportant des termes à croissance non-standard. La motivation de l'étude de ces types d'équations réside dans la modélisation de caractéristiques anisotropes se produisant dans les modèles de fluides électro-rhéologiques, la restauration d'images, le processus de filtration dans les milieux complexes, les problèmes de stratigraphie ou encore les interactions biologiques hétérogènes. Dans cette étude, nous déterminons des conditions suffisantes sur les données initiales pour obtenir l'existence et l'unicité de solution forte. Nous établissons également la régularité de second ordre de la solution forte ainsi que des résultats optimaux d'intégrabilité à l’aide de nouvelles inégalités d'interpolation.Nous étudions en outre les propriétés des solutions faibles de problèmes doublement non-linéaires impliquant premièrement une classe d'opérateurs de type Leray-Lions et une non-linéarité dans la dérivée temporelle. Nous considérons les questions d'existence, d'unicité, de régularité ainsi que de comportement à l’infini des solutions faibles de ces problèmesDans une deuxième étude, nous considérons des systèmes de type Kirchhoff impliquant des opérateurs non-linéaires de type Choquard avec des poids singuliers. Cette classe de problèmes apparaît dans de nombreux phénomènes physiques comme la variation de longueur d’une corde tendue en vibration où le terme de Kirchhoff mesure le changement de tension ou encore la propagation d’ondes électromagnétiques dans le plasma. Motivé par les nombreuses applications physiques, nous étudions cette classe d’équations et nous établissons l'existence et des résultats de non-unicité pour des systèmes impliquant le n-Laplacien et des opérateurs polyharmoniques à l’aide d’inégalités de type Adams, Moser et Trudinger.Enfin, nous étudions des problèmes singuliers impliquant des opérateurs non-locaux comme le p-Laplacien fractionnaire. Nous établissons l'existence et la multiplicité des solutions classiques dans le cas du Laplacien fractionnaire impliquant une non-linéarité exponentielle en utilisant la théorie des bifurcations. Pour caractériser le comportement des grandes solutions, nous étudions en détail les singularités isolées pour l'équation elliptique semi-linéaire singulière. Nous obtenons la symétrie de la solution classique du problème Laplacien fractionnaire grâce à la méthode du plan mobile et d’un principe du maximum. Nous étudions également le problème de p-Laplacian fractionnaire non-linéaire impliquant une non-linéarité singulière et des poids singuliers. Nous montrons l'existence/ non-existence, l'unicité et la régularité holdérienne en exploitant le comportement des solutions proche du bord du domaine et par des méthodes d'approximation.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03155657 , version 1 (02-03-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03155657 , version 1

Citer

Rakesh Arora. Fine properties of solutions for quasi-linear elliptic and parabolic equations with non-local and non-standard growth. General Mathematics [math.GM]. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2020. English. ⟨NNT : 2020PAUU3021⟩. ⟨tel-03155657⟩
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