Soluția unei probleme cu valori la limită pentru ecuația biarmonică

Abstract

 

Autori

C. Kalik
Institutul de Calcul

Cuvinte cheie

PDF

Versiunea scanată.

Versiunea compilată din LaTeX.

Citați articolul în forma

C. Kalik, La solution d’un problème aux limites pour l’équation biharmonique.[Soluția unei probleme cu valori la limită pentru ecuația biarmonică] (Romanian) Acad. R. P. Romîne. Fil. Cluj. Stud. Cerc. Mat. 9 1958 135–148.

Despre acest articol

Journal

Studii şi cercetări matematice

Publisher Name

Academia Republicii S.R.

DOI

Not available yet.

Print ISSN

Not available yet.

Online ISSN

Not available yet.

Google Scholar Profile

Referințe

??

Lucrare in format HTML

scm,+1958_201-4_20Kalik

REZOLVAREA UNEI PROBLEME LA LIMITĂ PENTRU ECUAȚIA BIARMONICĂ

DECAROL KALIK

Comunicare prezentată in ședința de comunicări a Institutului de calcul al Academiei R.P.R., Filiala Cluj, din noiembrie 1958

  1. Începînd din anul 1948 a apărut o serie de lucrări ale lui G. Fichera, precum și ale altor matematicieni, în care se demonstrează completitatea unor mulțimi de funcții respectiv vectori, alese în așa fel încît cu ajutorul lor să putem construi soluția anumitor probleme la limită (vezi de exemplu lucrarea [1] sau [2]). Urmînd calea acestor lucrări, ne vom ocupa de rezolvarea unei probleme la limită legată de ecuația biarmonică.
Fie Ω Ω Omega\OmegaΩ un domeniu arbitrar, mărginit de curba Γ Γ Gamma\GammaΓ. Vom presupune că Γ Γ Gamma\GammaΓ poate fi împărțit într-un număr finit de porțiuni, în așa fel ca fiecare dintre acestea să se poată reprezenta în coordonate locale cu ajutorul unei funcții y = φ ( x ) y = φ ( x ) y=varphi(x)y=\varphi(x)y=φ(x), unde φ ( x ) φ ( x ) varphi(x)\varphi(x)φ(x) este continuă și derivata ei satisface condiției lui Lipschitz. De asemenea presupunem pozitivă raza de curbură ρ 0 ρ 0 rho_(0)\rho_{0}ρ0 a lui Γ Γ Gamma\GammaΓ. Studiem următoarea problemă la limită : să se determine funcția u ( x , y ) u ( x , y ) u(x,y)u(x, y)u(x,y) în domeniul Ω Ω Omega\OmegaΩ în așa fel ca ea să satisfacă condițiilor
(1) Δ 2 u 4 u x 4 + 2 4 u x 2 y 2 + 4 u y 4 = 0 în Ω (2) u = f 1 ( s ) pe Γ (2') Δ u + 1 σ ρ 0 u ν = f 2 ( s ) pe Γ (1) Δ 2 u 4 u x 4 + 2 4 u x 2 y 2 + 4 u y 4 = 0  în  Ω (2) u = f 1 ( s )  pe  Γ (2') Δ u + 1 σ ρ 0 u ν = f 2 ( s )  pe  Γ {:[(1)Delta^(2)u-=(del^(4)u)/(delx^(4))+2(del^(4)u)/(delx^(2)dely^(2))+(del^(4)u)/(dely^(4))=0" în "Omega],[(2)u=f_(1)(s)" pe "Gamma],[(2')-Delta u+(1-sigma)/(rho_(0))(del u)/(del nu)=f_(2)(s)" pe "Gamma]:}\begin{align*} \Delta^{2} u \equiv \frac{\partial^{4} u}{\partial x^{4}}+2 \frac{\partial^{4} u}{\partial x^{2} \partial y^{2}}+\frac{\partial^{4} u}{\partial y^{4}} & =0 \text { în } \Omega \tag{1}\\ u & =f_{1}(s) \text { pe } \Gamma \tag{2}\\ -\Delta u+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial u}{\partial \nu} & =f_{2}(s) \text { pe } \Gamma \tag{2'} \end{align*}(1)Δ2u4ux4+24ux2y2+4uy4=0 în Ω(2)u=f1(s) pe Γ(2')Δu+1σρ0uν=f2(s) pe Γ
unde f 1 ( s ) f 1 ( s ) f_(1)(s)f_{1}(s)f1(s) și f 2 ( s ) f 2 ( s ) f_(2)(s)f_{2}(s)f2(s) sînt funcții date, de patrat integrabile pe Γ , 0 < σ < 1 Γ , 0 < σ < 1 Gamma,0 < sigma < 1\Gamma, 0<\sigma<1Γ,0<σ<1 fiind constanta lui Poisson, iar ν ν nu\nuν este normala interioară la Γ Γ Gamma\GammaΓ.
Vom rezuma pe scurt ideia urmată în rezolvarea acestei probleme. Să notăm cu { v i } v i {v_(i)}\left\{v_{i}\right\}{vi} un șir de funcții biarmonice. Pe baza formulei lui Green avem
Γ ( Δ u ν v i Δ u v i ν + u ν Δ v i u Δ v i ν ) d σ = 0 , ( i = 1 , 2 , ) Γ Δ u ν v i Δ u v i ν + u ν Δ v i u Δ v i ν d σ = 0 , ( i = 1 , 2 , ) int_(Gamma)((del Delta u)/(del nu)v_(i)-Delta u(delv_(i))/(del nu)+(del u)/(del nu)Deltav_(i)-u(del Deltav_(i))/(del nu))d sigma=0,quad(i=1,2,dots)\int_{\Gamma}\left(\frac{\partial \Delta u}{\partial \nu} v_{i}-\Delta u \frac{\partial v_{i}}{\partial \nu}+\frac{\partial u}{\partial \nu} \Delta v_{i}-u \frac{\partial \Delta v_{i}}{\partial \nu}\right) d \sigma=0, \quad(i=1,2, \ldots)Γ(ΔuνviΔuviν+uνΔviuΔviν)dσ=0,(i=1,2,)
de unde, ținînd seamă de (2) și (2'), obținem sistemul de ecuații integrale relativ la vectorul necunoscut [ u ν , Δ u ν ] u ν , Δ u ν [(del u)/(del nu),-(delDelta_(u))/(del nu)]\left[\frac{\partial u}{\partial \nu},-\frac{\partial \Delta_{u}}{\partial \nu}\right][uν,Δuν] :
Γ ˙ [ u ν ( Δ v i + 1 σ ρ v i ν ) Δ u ν v i ] d σ = (3) = Γ ˙ ( f 2 v i ν f 1 Δ v i ν ) d σ = C i , ( i = 1 , 2 , ) Γ ˙ u ν Δ v i + 1 σ ρ v i ν Δ u ν v i d σ = (3) = Γ ˙ f 2 v i ν f 1 Δ v i ν d σ = C i , ( i = 1 , 2 , ) {:[int_(Gamma^(˙))[(del u)/(del nu)(-Deltav_(i)+(1-sigma)/(rho)(delv_(i))/(del nu))-(del Delta u)/(del nu)v_(i)]d sigma=],[(3)=int_(Gamma^(˙))(f_(2)(delv_(i))/(del nu)-f_(1)(del Deltav_(i))/(del nu))d sigma=C_(i)","(i=1","2","dots)]:}\begin{align*} & \int_{\dot{\Gamma}}\left[\frac{\partial u}{\partial \nu}\left(-\Delta v_{i}+\frac{1-\sigma}{\rho} \frac{\partial v_{i}}{\partial \nu}\right)-\frac{\partial \Delta u}{\partial \nu} v_{i}\right] d \sigma= \\ = & \int_{\dot{\Gamma}}\left(f_{2} \frac{\partial v_{i}}{\partial \nu}-f_{1} \frac{\partial \Delta v_{i}}{\partial \nu}\right) d \sigma=C_{i},(i=1,2, \ldots) \tag{3} \end{align*}Γ˙[uν(Δvi+1σρviν)Δuνvi]dσ=(3)=Γ˙(f2viνf1Δviν)dσ=Ci,(i=1,2,)
Acest sistem de ecuații integrale este numit sistem Riesz-Fischer. Construind în așa fel șirul de funcții biarmonice { v i } v i {v_(i)}\left\{v_{i}\right\}{vi} ca șirul de vectori
{ v i } = { Δ v i + 1 σ ρ 0 v i ν , v i } , ( i = 1 , 2 , ) v i = Δ v i + 1 σ ρ 0 v i ν , v i , ( i = 1 , 2 , ) {v_(i)}={-Deltav_(i)+(1-sigma)/(rho_(0))(delv_(i))/(del nu),v_(i)},(i=1,2,dots)\left\{v_{i}\right\}=\left\{-\Delta v_{i}+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial v_{i}}{\partial \nu}, v_{i}\right\},(i=1,2, \ldots){vi}={Δvi+1σρ0viν,vi},(i=1,2,)
să fie ortogonal și complet pe Γ Γ Gamma\GammaΓ în sensul lui Hilbert, din sistemul (3) obținem
u ν = i = 1 C i ( Δ v i + 1 σ ρ 0 v i ν ) s i s i Δ u ν = i = 1 C i v i 1 ) u ν = i = 1 C i Δ v i + 1 σ ρ 0 v i ν s i s i Δ u ν = i = 1 C i v i 1 ) (del u)/(del nu)=sum_(i=1)^(oo)C_(i)(-Deltav_(i)+(1-sigma)/(rho_(0))(delv_(i))/(del nu))si^(si)-(del Delta u)/(del nu)=sum_(i=1)^(oo)C_(i)v_(i)^(1))\frac{\partial u}{\partial \nu}=\sum_{i=1}^{\infty} C_{i}\left(-\Delta v_{i}+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial v_{i}}{\partial \nu}\right) \stackrel{s i}{s i}-\frac{\partial \Delta u}{\partial \nu}=\sum_{i=1}^{\infty} C_{i} v_{i}^{1)}uν=i=1Ci(Δvi+1σρ0viν)sisiΔuν=i=1Civi1)
Aceste serii converg în medie patratică pe Γ Γ Gamma\GammaΓ. Considerînd și condițiile la limită (2) și (2'), cunoaștem pe Γ Γ Gamma\GammaΓ cele patru funcții u , u ν , Δ u u , u ν , Δ u u,(del u)/(del nu),Delta uu, \frac{\partial u}{\partial \nu}, \Delta uu,uν,Δu și Δ u ν Δ u ν (delDelta_(u))/(del nu)\frac{\partial \Delta_{u}}{\partial \nu}Δuν cu ajutorul cărora putem scrie soluția problemei la limită formulată, avînd în vedere formula bine cunoscută:
u ( P ) = 1 ε π Γ ( u Δ U ν u ν Δ U + Δ u U ν Δ u ν U ) d σ u ( P ) = 1 ε π Γ u Δ U ν u ν Δ U + Δ u U ν Δ u ν U d σ u(P)=(1)/(epsi pi)int_(Gamma)(u(del Delta U)/(del nu)-(del u)/(del nu)Delta U+Delta u(del U)/(del nu)-(del Delta u)/(del nu)U)d sigmau(P)=\frac{1}{\varepsilon \pi} \int_{\Gamma}\left(u \frac{\partial \Delta U}{\partial \nu}-\frac{\partial u}{\partial \nu} \Delta U+\Delta u \frac{\partial U}{\partial \nu}-\frac{\partial \Delta u}{\partial \nu} U\right) d \sigmau(P)=1επΓ(uΔUνuνΔU+ΔuUνΔuνU)dσ
unde U = r ln r U = r ln r U=r ln rU=r \ln rU=rlnr este soluția fundamentală a ecuației biarmonice.
Menționăm că această metodă, ideia căreia a fost elaborată de M. Picone, reprezintă un deosebit interes din punct de vedere practic, avînd avantaje față de majoritatea metodelor de rezolvare aproximativă a problemelor la limită. Anume, pentru calcularea soluțiilor aproximative avem de calculat valoarea integralelor pe frontieră Γ Γ Gamma\GammaΓ și nu pe Ω Ω Omega\OmegaΩ. În afară de aceasta, funcțiile v i v i v_(i)v_{i}vi, care intervin în calcule, sînt polinoame armonice şi biarmonice, respectiv combinațiile lor, ceea ce de asemenea ușurează calculul.
La punctul 5 al lucrării vom construi șirul { v i } v i {v_(i)}\left\{v_{i}\right\}{vi} în așa fel ca ele să satisfacă condițiilor de mai sus.
2. Păstrînd notațiile, precum și condițiile asupra lui Γ Γ Gamma\GammaΓ, din punctul precedent, vom formula două teoreme care sînt consecințe imediate ale rezultatelor lui G. Fichera [1].
Teorema 1. Dacă φ 1 ( Q ) L ( Γ ) s s i φ 2 ( Q ) L ( Γ ) 2 φ 1 ( Q ) L ( Γ ) s s i φ 2 ( Q ) L ( Γ ) 2 varphi_(1)(Q)in L(Gamma)ssivarphi_(2)(Q)in L(Gamma)^(2)\varphi_{1}(Q) \in L(\Gamma) s s i \varphi_{2}(Q) \in L(\Gamma)^{2}φ1(Q)L(Γ)ssiφ2(Q)L(Γ)2, atunci funcția
v ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) d σ v ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) d σ v(P)=int_(Gamma)varphi_(1)(Q)U(P,Q)d sigma+int_(Gamma)varphi_(2)(Q)ln r(P,Q)d sigmav(P)=\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) U(P, Q) d \sigma+\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \ln r(P, Q) d \sigmav(P)=Γφ1(Q)U(P,Q)dσ+Γφ2(Q)lnr(P,Q)dσ
există aproape pentru fiecare P Γ P Γ P in GammaP \in \GammaPΓ și este sumabilă pe Γ Γ Gamma\GammaΓ.
Aproape pentru fiecare M Γ M Γ M in GammaM \in \GammaMΓ avem
lim v ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) d σ lim v ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) d σ lim v(P)=int_(Gamma)varphi_(1)(Q)U(M,Q)d sigma+int_(Gamma)varphi_(2)(Q)ln r(M,Q)d sigma\lim v(P)=\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) U(M, Q) d \sigma+\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \ln r(M, Q) d \sigmalimv(P)=Γφ1(Q)U(M,Q)dσ+Γφ2(Q)lnr(M,Q)dσ
și
lim v ( P ) v M = ± π φ 2 ( M ) + Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) v M d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) v M d σ 3 ) lim v ( P ) v M = ± π φ 2 ( M ) + Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) v M d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) v M d σ 3 {: lim(del v(P))/(delv_(M))=+-pivarphi_(2)(M)+int_(Gamma)varphi_(1)(Q)(del U(M,Q))/(delv_(M))d sigma+int_(Gamma)varphi_(2)(Q)(del ln r(M,Q))/(delv_(M))dsigma^(3))\left.\lim \frac{\partial v(P)}{\partial v_{M}}= \pm \pi \varphi_{2}(M)+\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) \frac{\partial U(M, Q)}{\partial v_{M}} d \sigma+\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial v_{M}} d \sigma^{3}\right)limv(P)vM=±πφ2(M)+Γφ1(Q)U(M,Q)vMdσ+Γφ2(Q)lnr(M,Q)vMdσ3)
cînd P M P M P rarr MP \rightarrow MPM pe normala la Γ Γ Gamma\GammaΓ in punctul M M MMM, iar limitele sînt functii sumabile pe Γ Γ Gamma\GammaΓ.
Teorema 2. Dacă φ 1 ( Q ) L ( Γ ) φ 1 ( Q ) L ( Γ ) varphi_(1)(Q)in L(Gamma)\varphi_{1}(Q) \in L(\Gamma)φ1(Q)L(Γ) și φ 2 ( Q ) L ( Γ ) φ 2 ( Q ) L ( Γ ) varphi_(2)(Q)in L(Gamma)\varphi_{2}(Q) \in L(\Gamma)φ2(Q)L(Γ), atunci funcția
w ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) ν Q d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) ν Q d σ w ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) ν Q d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) ν Q d σ w(P)=int_(Gamma)varphi_(1)(Q)(del U(P,Q))/(delnu_(Q))d sigma+int_(Gamma)varphi_(2)(Q)(del ln r(P,Q))/(delnu_(Q))d sigmaw(P)=\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) \frac{\partial U(P, Q)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma+\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \frac{\partial \ln r(P, Q)}{\partial \nu_{Q}} d \sigmaw(P)=Γφ1(Q)U(P,Q)νQdσ+Γφ2(Q)lnr(P,Q)νQdσ
există aproape pentru fiecare P Γ P Γ P in GammaP \in \GammaPΓ și este sumabilă pe Γ Γ Gamma\GammaΓ.
Aproape pentru fiecare M Γ M Γ M in GammaM \in \GammaMΓ avem
lim w ( P ) = π φ 2 ( M ) + Γ ˙ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) ν Q d σ + Γ ˙ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ 4 ) lim w ( P ) = π φ 2 ( M ) + Γ ˙ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) ν Q d σ + Γ ˙ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ 4 {: lim w(P)=∓pivarphi_(2)(M)+int_(Gamma^(˙))varphi_(1)(Q)(del U(M,Q))/(delnu_(Q))d sigma+int_(Gamma^(˙))varphi_(2)(Q)(del ln r(M,Q))/(delnu_(Q))dsigma^(4))\left.\lim w(P)=\mp \pi \varphi_{2}(M)+\int_{\dot{\Gamma}} \varphi_{1}(Q) \frac{\partial U(M, Q)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma+\int_{\dot{\Gamma}} \varphi_{2}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma^{4}\right)limw(P)=πφ2(M)+Γ˙φ1(Q)U(M,Q)νQdσ+Γ˙φ2(Q)lnr(M,Q)νQdσ4)
cînd P M P M P rarr MP \rightarrow MPM pe normala la Γ Γ Gamma\GammaΓ în punctul M M MMM și funcția la limită este sumabilă pe Γ Γ Gamma\GammaΓ.
Observăm că limitele din aceste două teoreme există dacă punctul M M MMM este punct Lebesgue al funcțiilor φ 1 ( Q ) φ 1 ( Q ) varphi_(1)(Q)\varphi_{1}(Q)φ1(Q) și φ 2 ( Q ) φ 2 ( Q ) varphi_(2)(Q)\varphi_{2}(Q)φ2(Q).
3. Introducem mulțimea functiilor { u } { u } {u}\{u\}{u} definite pe domeniul Ω Ω Omega\OmegaΩ în felul următor: - funcție u u uuu aparține mulțimii { u } { u } {u}\{u\}{u}, dacă există două funcții φ 1 ( Q ) L 2 ( Γ ) φ 1 ( Q ) L 2 ( Γ ) varphi_(1)(Q)inL_(2)(Gamma)\varphi_{1}(Q) \in L_{2}(\Gamma)φ1(Q)L2(Γ) și φ 2 ( Q ) L 2 ( Γ ) φ 2 ( Q ) L 2 ( Γ ) varphi_(2)(Q)inL_(2)(Gamma)\varphi_{2}(Q) \in L_{2}(\Gamma)φ2(Q)L2(Γ) în așa fel ca
u ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) d σ u ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) d σ u(P)=int_(Gamma)varphi_(1)(Q)U(P,Q)d sigma+int_(Gamma)varphi_(2)(Q)ln r(P,Q)d sigmau(P)=\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) U(P, Q) d \sigma+\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \ln r(P, Q) d \sigmau(P)=Γφ1(Q)U(P,Q)dσ+Γφ2(Q)lnr(P,Q)dσ
Mulțimea este caracterizată prin
Teorema 3. Dacă u { u } u { u } u in{u}u \in\{u\}u{u}, atunci
a) aproape pentru fiecare M Γ M Γ M in GammaM \in \GammaMΓ au loc egalitățile
lim u ( P ) = μ 1 ( M ) lim u ( P ) ν M = δ 1 ( M ) lim Δ ϑ ( P ) = μ 2 ( M ) lim Δ ϑ ( P ) ν M = δ 2 ( M ) lim u ( P ) = μ 1 ( M ) lim u ( P ) ν M = δ 1 ( M ) lim Δ ϑ ( P ) = μ 2 ( M ) lim Δ ϑ ( P ) ν M = δ 2 ( M ) {:[ lim u(P)=mu_(1)(M)],[ lim(del u(P))/(delnu_(M))=delta_(1)(M)],[ limDelta_(vartheta)(P)=mu_(2)(M)],[ lim(delDelta_(vartheta)(P))/(delnu_(M))=delta_(2)(M)]:}\begin{aligned} & \lim u(P)=\mu_{1}(M) \\ & \lim \frac{\partial u(P)}{\partial \nu_{M}}=\delta_{1}(M) \\ & \lim \Delta_{\vartheta}(P)=\mu_{2}(M) \\ & \lim \frac{\partial \Delta_{\vartheta}(P)}{\partial \nu_{M}}=\delta_{2}(M) \end{aligned}limu(P)=μ1(M)limu(P)νM=δ1(M)limΔϑ(P)=μ2(M)limΔϑ(P)νM=δ2(M)
b) pentru fiecare P Ω P Ω P in OmegaP \in \OmegaPΩ avem
8 π u ( P ) = Γ [ μ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) ν Q δ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) + μ ˙ 2 ( Q ) U ( P , Q ) ν Q (4) δ 2 ( Q ) U ( P , Q ) ] d σ 8 π u ( P ) = Γ μ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) ν Q δ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) + μ ˙ 2 ( Q ) U ( P , Q ) ν Q (4) δ 2 ( Q ) U ( P , Q ) d σ {:[8pi u(P)=int_(Gamma)[mu_(1)(Q)(del Delta U(P,Q))/(delnu_(Q))-delta_(1)(Q)Delta U(P,Q)+mu^(˙)_(2)(Q)(del U(P,Q))/(delnu_(Q))-:}],[(4){:-delta_(2)(Q)U(P,Q)]d sigma]:}\begin{gather*} 8 \pi u(P)=\int_{\Gamma}\left[\mu_{1}(Q) \frac{\partial \Delta U(P, Q)}{\partial \nu_{Q}}-\delta_{1}(Q) \Delta U(P, Q)+\dot{\mu}_{2}(Q) \frac{\partial U(P, Q)}{\partial \nu_{Q}}-\right. \\ \left.-\delta_{2}(Q) U(P, Q)\right] d \sigma \tag{4} \end{gather*}8πu(P)=Γ[μ1(Q)ΔU(P,Q)νQδ1(Q)ΔU(P,Q)+μ˙2(Q)U(P,Q)νQ(4)δ2(Q)U(P,Q)]dσ
c) pentru fiecare P C Ω ( C Ω = P C Ω ( C Ω = P^(')in C Omega(C Omega=P^{\prime} \in C \Omega(C \Omega=PCΩ(CΩ= mulțimea complementară a lui Ω Ω Omega\OmegaΩ relativă la planul întreg) avem
(5) 0 = Γ [ μ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) ν Q δ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) + μ 2 ( Q ) U ( P , Q ) ν Q δ 2 ( Q ) U ( P , Q ) ] d σ (5) 0 = Γ μ 1 ( Q ) Δ U P , Q ν Q δ 1 ( Q ) Δ U P , Q + μ 2 ( Q ) U P , Q ν Q δ 2 ( Q ) U P , Q d σ {:[(5)0=int_(Gamma)[mu_(1)(Q)(del Delta U(P^('),Q))/(delnu_(Q))-delta_(1)(Q)Delta U(P^('),Q)+mu_(2)(Q)(del U(P^('),Q))/(delnu_(Q))-:}],[{:-delta_(2)(Q)U(P^('),Q)]d sigma]:}\begin{gather*} 0=\int_{\Gamma}\left[\mu_{1}(Q) \frac{\partial \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}}-\delta_{1}(Q) \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right)+\mu_{2}(Q) \frac{\partial U\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}}-\right. \tag{5}\\ \left.-\delta_{2}(Q) U\left(P^{\prime}, Q\right)\right] d \sigma \end{gather*}(5)0=Γ[μ1(Q)ΔU(P,Q)νQδ1(Q)ΔU(P,Q)+μ2(Q)U(P,Q)νQδ2(Q)U(P,Q)]dσ
Invers, dacă μ 1 , δ 1 , μ 2 , δ 2 L 2 ( Γ ) μ 1 , δ 1 , μ 2 , δ 2 L 2 ( Γ ) mu_(1),delta_(1),mu_(2),delta_(2)inL_(2)(Gamma)\mu_{1}, \delta_{1}, \mu_{2}, \delta_{2} \in L_{2}(\Gamma)μ1,δ1,μ2,δ2L2(Γ) și dacă aceste functii satisfac condiția c c ccc, atunci funcția u ( P ) u ( P ) u(P)u(P)u(P) din formula (4) aparține mulțimii { u } { u } {u}\{u\}{u}.
Demonstratie. Fie u { u } u { u } u in{u}u \in\{u\}u{u}. Pe baza teoremelor 1 și 2 avem
μ 1 ( M ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) d σ δ 1 ( M ) = π φ 2 ( M ) + Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) ν M d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ μ 2 ( M ) = 4 Γ φ 1 ( Q ) ln r ( M , Q ) d σ + 3 Γ φ 1 ( Q ) d σ δ 2 ( M ) = 4 π φ 1 ( M ) + 4 Γ φ 1 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ μ 1 ( M ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) d σ δ 1 ( M ) = π φ 2 ( M ) + Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) ν M d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ μ 2 ( M ) = 4 Γ φ 1 ( Q ) ln r ( M , Q ) d σ + 3 Γ φ 1 ( Q ) d σ δ 2 ( M ) = 4 π φ 1 ( M ) + 4 Γ φ 1 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ {:[mu_(1)(M)=int_(Gamma)varphi_(1)(Q)U(M","Q)d sigma+int_(Gamma)varphi_(2)(Q)ln r(M","Q)d sigma],[delta_(1)(M)=pivarphi_(2)(M)+int_(Gamma)varphi_(1)(Q)(del U(M,Q))/(delnu_(M))d sigma+int_(Gamma)varphi_(2)(Q)(del ln r(M,Q))/(delnu_(Q))d sigma],[mu_(2)(M)=4int_(Gamma)varphi_(1)(Q)ln r(M","Q)d sigma+3int_(Gamma)varphi_(1)(Q)d sigma],[delta_(2)(M)=4pivarphi_(1)(M)+4int_(Gamma)varphi_(1)(Q)(del ln r(M,Q))/(delnu_(Q))d sigma]:}\begin{aligned} & \mu_{1}(M)=\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) U(M, Q) d \sigma+\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \ln r(M, Q) d \sigma \\ & \delta_{1}(M)=\pi \varphi_{2}(M)+\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) \frac{\partial U(M, Q)}{\partial \nu_{M}} d \sigma+\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma \\ & \mu_{2}(M)=4 \int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) \ln r(M, Q) d \sigma+3 \int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) d \sigma \\ & \delta_{2}(M)=4 \pi \varphi_{1}(M)+4 \int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma \end{aligned}μ1(M)=Γφ1(Q)U(M,Q)dσ+Γφ2(Q)lnr(M,Q)dσδ1(M)=πφ2(M)+Γφ1(Q)U(M,Q)νMdσ+Γφ2(Q)lnr(M,Q)νQdσμ2(M)=4Γφ1(Q)lnr(M,Q)dσ+3Γφ1(Q)dσδ2(M)=4πφ1(M)+4Γφ1(Q)lnr(M,Q)νQdσ
Se observă că aceste funcții sînt de patrat integrabile. Înlocuind aceste expresii în partea a doua a egalității (4), pe care o notăm cu I I III, obținem
I = Γ ~ φ 1 ( Q ) d σ Γ [ U ( M , Q ) Δ U ( P , M ) v M U ( M , Q ) v M Δ U ( P , M ) + + 4 ln r ( M , Q ) U ( P , M ) v M 4 ln r ( M , Q ) v M U ( P , M ) ] d σ + + Γ ˙ φ 2 ( Q ) d σ Γ [ ln r ( M , Q ) Δ U ( P , M ) v M ln r ( M , Q ) v M Δ U ( P , M ) ] d σ + + 3 Γ U ( P , M ) v M d σ Γ φ 1 ( Q ) d σ 4 π Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ π Γ ˙ φ 2 ( Q ) Δ U ( P , Q ) d σ I = Γ ~ φ 1 ( Q ) d σ Γ U ( M , Q ) Δ U ( P , M ) v M U ( M , Q ) v M Δ U ( P , M ) + + 4 ln r ( M , Q ) U ( P , M ) v M 4 ln r ( M , Q ) v M U ( P , M ) d σ + + Γ ˙ φ 2 ( Q ) d σ Γ ln r ( M , Q ) Δ U ( P , M ) v M ln r ( M , Q ) v M Δ U ( P , M ) d σ + + 3 Γ U ( P , M ) v M d σ Γ φ 1 ( Q ) d σ 4 π Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ π Γ ˙ φ 2 ( Q ) Δ U ( P , Q ) d σ {:[I=int_( tilde(Gamma))varphi_(1)(Q)d sigmaint_(Gamma)[U(M,Q)(del Delta U(P,M))/(delv_(M))-(del U(M,Q))/(delv_(M))Delta U(P,M)+:}],[{:+4ln r(M,Q)(del U(P,M))/(delv_(M))-4(del ln r(M,Q))/(delv_(M))U(P,M)]d sigma+],[+int_(Gamma^(˙))varphi_(2)(Q)d sigmaint_(Gamma)[ln r(M,Q)(del Delta U(P,M))/(delv_(M))-(del ln r(M,Q))/(delv_(M))Delta U(P,M)]d sigma+],[+3int_(Gamma)^(del)(del U(P,M))/(delv_(M))d sigmaint_(Gamma)varphi_(1)(Q)d sigma-4piint_(Gamma)varphi_(1)(Q)U(P","Q)d sigma-piint_(Gamma^(˙))varphi_(2)(Q)Delta U(P","Q)d sigma]:}\begin{gathered} I=\int_{\tilde{\Gamma}} \varphi_{1}(Q) d \sigma \int_{\Gamma}\left[U(M, Q) \frac{\partial \Delta U(P, M)}{\partial v_{M}}-\frac{\partial U(M, Q)}{\partial v_{M}} \Delta U(P, M)+\right. \\ \left.+4 \ln r(M, Q) \frac{\partial U(P, M)}{\partial v_{M}}-4 \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial v_{M}} U(P, M)\right] d \sigma+ \\ +\int_{\dot{\Gamma}} \varphi_{2}(Q) d \sigma \int_{\Gamma}\left[\ln r(M, Q) \frac{\partial \Delta U(P, M)}{\partial v_{M}}-\frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial v_{M}} \Delta U(P, M)\right] d \sigma+ \\ +3 \int_{\Gamma}^{\partial} \frac{\partial U(P, M)}{\partial v_{M}} d \sigma \int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) d \sigma-4 \pi \int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) U(P, Q) d \sigma-\pi \int_{\dot{\Gamma}} \varphi_{2}(Q) \Delta U(P, Q) d \sigma \end{gathered}I=Γ~φ1(Q)dσΓ[U(M,Q)ΔU(P,M)vMU(M,Q)vMΔU(P,M)++4lnr(M,Q)U(P,M)vM4lnr(M,Q)vMU(P,M)]dσ++Γ˙φ2(Q)dσΓ[lnr(M,Q)ΔU(P,M)vMlnr(M,Q)vMΔU(P,M)]dσ++3ΓU(P,M)vMdσΓφ1(Q)dσ4πΓφ1(Q)U(P,Q)dσπΓ˙φ2(Q)ΔU(P,Q)dσ
Pe de altă parte, fie Q Q Q^(')Q^{\prime}Q un punct pe normala exterioară la Γ Γ Gamma\GammaΓ în punctul Q Q QQQ. U ( P , Q ) U P , Q U(P,Q^('))U\left(P, Q^{\prime}\right)U(P,Q) este o funcție biarmonică regulară cînd P P PPP aparține lui Ω Ω Omega\OmegaΩ, deci
8 π U ( P , Q ) = Γ ˙ [ U ( M , Q ) Δ U ( P , M ) v M U ( M , Q ) v M Δ U ( P , M ) + + Δ U ( M , Q ) U ( P , M ) v M Δ U ( M , Q ) v M U ( P , M ) ] d σ 8 π U P , Q = Γ ˙ U M , Q Δ U ( P , M ) v M U M , Q v M Δ U ( P , M ) + + Δ U M , Q U ( P , M ) v M Δ U M , Q v M U ( P , M ) d σ {:[8pi U(P,Q^('))=int_(Gamma^(˙))[U(M,Q^('))(del Delta U(P,M))/(delv_(M))-(del U(M,Q^(')))/(delv_(M))Delta U(P,M)+:}],[{: quad+Delta U(M,Q^('))(del U(P,M))/(delv_(M))-(del Delta U(M,Q^(')))/(delv_(M))U(P,M)]d sigma]:}\begin{aligned} & 8 \pi U\left(P, Q^{\prime}\right)=\int_{\dot{\Gamma}}\left[U\left(M, Q^{\prime}\right) \frac{\partial \Delta U(P, M)}{\partial v_{M}}-\frac{\partial U\left(M, Q^{\prime}\right)}{\partial v_{M}} \Delta U(P, M)+\right. \\ & \left.\quad+\Delta U\left(M, Q^{\prime}\right) \frac{\partial U(P, M)}{\partial v_{M}}-\frac{\partial \Delta U\left(M, Q^{\prime}\right)}{\partial v_{M}} U(P, M)\right] d \sigma \end{aligned}8πU(P,Q)=Γ˙[U(M,Q)ΔU(P,M)vMU(M,Q)vMΔU(P,M)++ΔU(M,Q)U(P,M)vMΔU(M,Q)vMU(P,M)]dσ
Trecînd la limită cînd Q Q Q Q Q^(')rarr QQ^{\prime} \rightarrow QQQ, obținem
Γ [ U ( M , Q ) Δ U ( P , M ) ν M U ( M , Q ) ν M Δ U ( P , M ) + 4 ln r ( M , Q ) U ( P , M ) ν M 4 ln r ( M , Q ) ν M U ( P , M ) ] d σ = 12 π U ( P , Q ) 3 Γ U ( P , M ) ν M d σ Γ U ( M , Q ) Δ U ( P , M ) ν M U M , Q ν M Δ U ( P , M ) + 4 ln r ( M , Q ) U ( P , M ) ν M 4 ln r ( M , Q ) ν M U ( P , M ) d σ = 12 π U ( P , Q ) 3 Γ U ( P , M ) ν M d σ {:[int_(Gamma)[U(M,Q)(del Delta U(P,M))/(delnu_(M))-(del U(M,Q^(')))/(delnu_(M))Delta U(P,M)+4ln r(M,Q)(del U(P,M))/(delnu_(M))-:}],[{:-4(del ln r(M,Q))/(delnu_(M))U(P,M)]d sigma=12 pi U(P","Q)-3int_(Gamma)(del U(P,M))/(delnu_(M))d sigma]:}\begin{gathered} \int_{\Gamma}\left[U(M, Q) \frac{\partial \Delta U(P, M)}{\partial \nu_{M}}-\frac{\partial U\left(M, Q^{\prime}\right)}{\partial \nu_{M}} \Delta U(P, M)+4 \ln r(M, Q) \frac{\partial U(P, M)}{\partial \nu_{M}}-\right. \\ \left.-4 \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial \nu_{M}} U(P, M)\right] d \sigma=12 \pi U(P, Q)-3 \int_{\Gamma} \frac{\partial U(P, M)}{\partial \nu_{M}} d \sigma \end{gathered}Γ[U(M,Q)ΔU(P,M)νMU(M,Q)νMΔU(P,M)+4lnr(M,Q)U(P,M)νM4lnr(M,Q)νMU(P,M)]dσ=12πU(P,Q)3ΓU(P,M)νMdσ
În mod analog avem
Γ [ ln r ( M , Q ) Δ U ( P , M ) ν M ln r ( M , Q ) ν M Δ U ( P , M ) ] d σ = 8 π ln r ( P , Q ) + π Δ U ( P , Q ) . Γ ln r ( M , Q ) Δ U ( P , M ) ν M ln r ( M , Q ) ν M Δ U ( P , M ) d σ = 8 π ln r ( P , Q ) + π Δ U ( P , Q ) . int_(Gamma)[ln r(M,Q)(del Delta U(P,M))/(delnu_(M))-(del ln r(M,Q))/(delnu_(M))Delta U(P,M)]d sigma=8pi ln r(P,Q)+pi Delta U(P,Q).\int_{\Gamma}\left[\ln r(M, Q) \frac{\partial \Delta U(P, M)}{\partial \nu_{M}}-\frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial \nu_{M}} \Delta U(P, M)\right] d \sigma=8 \pi \ln r(P, Q)+\pi \Delta U(P, Q) .Γ[lnr(M,Q)ΔU(P,M)νMlnr(M,Q)νMΔU(P,M)]dσ=8πlnr(P,Q)+πΔU(P,Q).
Introducem aceste rezultate în expresia lui I I III, de unde
I = 8 π u ( P ) I = 8 π u ( P ) I=8pi u(P)I=8 \pi u(P)I=8πu(P)
ceea ce înseamnă că condiția (4) este satisfăcută. La fel se verifică și egalitatea (5); punctul Q Q Q^(')Q^{\prime}Q, care intervine aici în calculele ajutătoare, trebuie să fie pe normala interioară la Γ Γ Gamma\GammaΓ în punctul Q Q QQQ.
Trecem la demonstrația afirmației inverse. Fie μ 1 , δ 1 , μ 2 s ̧ i δ L 2 ( Γ ) μ 1 , δ 1 , μ 2 s ̧ i δ L 2 ( Γ ) mu_(1),delta_(1),mu_(2)şi delta inL_(2)(Gamma)\mu_{1}, \delta_{1}, \mu_{2} s ̧ i \delta \in L_{2}(\Gamma)μ1,δ1,μ2şiδL2(Γ). Considerăm sistemul de ecuații integrale de tip Fredholm :
(6) 1 4 π δ 2 ( M ) = φ 1 ( M ) + λ π Γ φ 1 ( Q ) δ ln r ( M , Q ) ν M d σ 1 π δ 1 ( M ) = φ 2 ( M ) + λ π Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) ν M d σ + λ π Γ ρ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν M d σ } (6) 1 4 π δ 2 ( M ) = φ 1 ( M ) + λ π Γ φ 1 ( Q ) δ ln r ( M , Q ) ν M d σ 1 π δ 1 ( M ) = φ 2 ( M ) + λ π Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) ν M d σ + λ π Γ ρ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν M d σ {:(6){:[(1)/(4pi)delta_(2)(M)=varphi_(1)(M)+(lambda )/(pi)int_(Gamma)varphi_(1)(Q)(delta ln r(M,Q))/(delnu_(M))d sigma],[(1)/(pi)delta_(1)(M)=varphi_(2)(M)+(lambda )/(pi)int_(Gamma)varphi_(1)(Q)(del U(M,Q))/(delnu_(M))d sigma+(lambda )/(pi)int_(Gamma)^(rho)varphi_(2)(Q)(del ln r(M,Q))/(delnu_(M))d sigma]}:}\left.\begin{array}{l} \frac{1}{4 \pi} \delta_{2}(M)=\varphi_{1}(M)+\frac{\lambda}{\pi} \int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) \frac{\delta \ln r(M, Q)}{\partial \nu_{M}} d \sigma \tag{6}\\ \frac{1}{\pi} \delta_{1}(M)=\varphi_{2}(M)+\frac{\lambda}{\pi} \int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) \frac{\partial U(M, Q)}{\partial \nu_{M}} d \sigma+\frac{\lambda}{\pi} \int_{\Gamma}^{\rho} \varphi_{2}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial \nu_{M}} d \sigma \end{array}\right\}(6)14πδ2(M)=φ1(M)+λπΓφ1(Q)δlnr(M,Q)νMdσ1πδ1(M)=φ2(M)+λπΓφ1(Q)U(M,Q)νMdσ+λπΓρφ2(Q)lnr(M,Q)νMdσ}
Vom arăta că acest sistem are o soluție [ φ 1 , φ 2 ] φ 1 , φ 2 [varphi_(1),varphi_(2)]\left[\varphi_{1}, \varphi_{2}\right][φ1,φ2], și cu ajutorul ei funcția u ( P ) u ( P ) u(P)u(P)u(P) poate fi reprezentată cu formula (3).
Paralel cu (6) să considerăm sistemul omogen
( ) φ 1 ( M ) = λ π Γ φ 1 ( Q ) ln r ( M , Q ) v M d σ φ 2 ( M ) = λ π Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) v M d σ λ π Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) v M d σ } ( ) φ 1 ( M ) = λ π Γ φ 1 ( Q ) ln r ( M , Q ) v M d σ φ 2 ( M ) = λ π Γ φ 1 ( Q ) U ( M , Q ) v M d σ λ π Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) v M d σ {:('")"{:[varphi_(1)(M)=-(lambda )/(pi)int_(Gamma)varphi_(1)(Q)(del ln r(M,Q))/(delv_(M))d sigma],[varphi_(2)(M)=-(lambda )/(pi)int_(Gamma)varphi_(1)(Q)(del U(M,Q))/(delv_(M))d sigma-(lambda )/(pi)int_(Gamma)varphi_(2)(Q)(del ln r(M,Q))/(delv_(M))d sigma]}:}\left.\begin{array}{l} \varphi_{1}(M)=-\frac{\lambda}{\pi} \int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial v_{M}} d \sigma \tag{$\prime$}\\ \varphi_{2}(M)=-\frac{\lambda}{\pi} \int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) \frac{\partial U(M, Q)}{\partial v_{M}} d \sigma-\frac{\lambda}{\pi} \int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial v_{M}} d \sigma \end{array}\right\}()φ1(M)=λπΓφ1(Q)lnr(M,Q)vMdσφ2(M)=λπΓφ1(Q)U(M,Q)vMdσλπΓφ2(Q)lnr(M,Q)vMdσ}
Pentru λ = 1 λ = 1 lambda=1\lambda=1λ=1 sistemul (6') are ca vector propriu numai pe [ 0 , φ 0 ] , φ 0 ( M ) 0 , φ 0 , φ 0 ( M ) [0,varphi_(0)],varphi_(0)(M)\left[0, \varphi_{0}\right], \varphi_{0}(M)[0,φ0],φ0(M) find unica funcție proprie a primei ecuații din sistemul (6') pentru λ = 1 λ = 1 lambda=1\lambda=1λ=1. Despre această ultimă afirmație ne putem convinge în felul următor: observăm că
lim ln r ( M , Q ) v M = curbura în M 2 lim ln r ( M , Q ) v M =  curbura în  M 2 lim(del ln r(M,Q))/(delv_(M))=-(" curbura în "M)/(2)\lim \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial v_{M}}=-\frac{\text { curbura în } M}{2}limlnr(M,Q)vM= curbura în M2
cînd Q M Q M Q rarr MQ \rightarrow MQM, ceea ce înseamnă că δ ln r ( M , Q ) δ ν M δ ln r ( M , Q ) δ ν M (delta ln r(M,Q))/(deltanu_(M))\frac{\delta \ln r(M, Q)}{\delta \nu_{M}}δlnr(M,Q)δνM este continuă pe Γ Γ Gamma\GammaΓ, deci orice funcție proprie a ecuației satisface condiția lui Lipschitz [3].
Să presupunem acum că prima ecuație a sistemului (6') are două funcții proprii liniar independente g 1 ( M ) g 1 ( M ) g_(1)(M)g_{1}(M)g1(M) și g 2 ( M ) g 2 ( M ) g_(2)(M)g_{2}(M)g2(M). Fie
V ( P ) = Γ ˙ [ C 1 g 1 ( Q ) + C 2 g 2 ( Q ) ] ln r ( P , Q ) d σ V ( P ) = Γ ˙ C 1 g 1 ( Q ) + C 2 g 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) d σ V(P)=int_(Gamma^(˙))[C_(1)*g_(1)(Q)+C_(2)g_(2)(Q)]ln r(P,Q)d sigmaV(P)=\int_{\dot{\Gamma}}\left[C_{1} \cdot g_{1}(Q)+C_{2} g_{2}(Q)\right] \ln r(P, Q) d \sigmaV(P)=Γ˙[C1g1(Q)+C2g2(Q)]lnr(P,Q)dσ
Dat fiindcă lim V ( P ) ν M = 0 lim V ( P ) ν M = 0 lim(del V(P))/(delnu_(M))=0\lim \frac{\partial V(P)}{\partial \nu_{M}}=0limV(P)νM=0, avem V ( P ) C V ( P ) C V(P)-=CV(P) \equiv CV(P)C pe Ω + Γ Ω + Γ Omega+Gamma\Omega+\GammaΩ+Γ. Alegem constantele C 1 C 1 C_(1)C_{1}C1 și C 2 C 2 C_(2)C_{2}C2 în așa fel ca să avem V ( P ) 0 V ( P ) 0 V(P)-=0V(P) \equiv 0V(P)0. Dar
C ( grad V ) 2 d τ = Γ V V ν d σ = 0 C ( grad V ) 2 d τ = Γ V V ν d σ = 0 ∬_(C)(grad V)^(2)d tau=int_(Gamma)V(del V)/(del nu)d sigma=0\iint_{C}(\operatorname{grad} V)^{2} d \tau=\int_{\Gamma} V \frac{\partial V}{\partial \nu} d \sigma=0C(gradV)2dτ=ΓVVνdσ=0
deci V ( P ) 0 V ( P ) 0 V(P)-=0V(P) \equiv 0V(P)0 în tot planul. Și în sfîrșit fie P Ω P Ω P in OmegaP \in \OmegaPΩ și P C Ω P C Ω P^(')in C OmegaP^{\prime} \in C \OmegaPCΩ atunci
lim [ V ( F ) v M V ( P ) v M ] = 2 π [ C 1 g 1 ( M ) + C 2 g 2 ( M ) ] = 0 , lim V ( F ) v M V P v M = 2 π C 1 g 1 ( M ) + C 2 g 2 ( M ) = 0 , lim[(del V(F))/(delv_(M))-(del V(P^(')))/(delv_(M))]=2pi[C_(1)g_(1)(M)+C_(2)g_(2)(M)]=0,\lim \left[\frac{\partial V(F)}{\partial v_{M}}-\frac{\partial V\left(P^{\prime}\right)}{\partial v_{M}}\right]=2 \pi\left[C_{1} g_{1}(M)+C_{2} g_{2}(M)\right]=0,lim[V(F)vMV(P)vM]=2π[C1g1(M)+C2g2(M)]=0,
ceea ce este în contradicție cu ipoteza că funcțiile g 1 ( M ) g 1 ( M ) g_(1)(M)g_{1}(M)g1(M) și g 2 ( M ) g 2 ( M ) g_(2)(M)g_{2}(M)g2(M) sînt liniar independente. Trecem acum la verificarea primei afirmații. Fie [ ψ 1 , ψ 2 ] ψ 1 , ψ 2 [psi_(1),psi_(2)]\left[\psi_{1}, \psi_{2}\right][ψ1,ψ2] un vector propriu oarecare al sistemului (6') cînd λ = 1 λ = 1 lambda=1\lambda=1λ=1. Este ușor de văzut că ψ 1 0 ψ 1 0 psi_(1)-=0\psi_{1} \equiv 0ψ10 și ψ 2 = c φ 0 ψ 2 = c φ 0 psi_(2)=cvarphi_(0)\psi_{2}=c \varphi_{0}ψ2=cφ0. In-tr-adevăr, pe baza celor de mai sus ψ 1 = c φ 0 ψ 1 = c φ 0 psi_(1)=cvarphi_(0)\psi_{1}=c \varphi_{0}ψ1=cφ0 și atunci
φ 2 ( M ) = c π Γ φ 0 ( Q ) U ( M , Q ) v M d σ 1 π Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) v M d σ φ 2 ( M ) = c π Γ φ 0 ( Q ) U ( M , Q ) v M d σ 1 π Γ φ 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) v M d σ varphi_(2)(M)=-(c)/( pi)int_(Gamma)varphi_(0)(Q)(del U(M,Q))/(delv_(M))d sigma-(1)/(pi)int_(Gamma)varphi_(2)(Q)(del ln r(M,Q))/(delv_(M))d sigma\varphi_{2}(M)=-\frac{c}{\pi} \int_{\Gamma} \varphi_{0}(Q) \frac{\partial U(M, Q)}{\partial v_{M}} d \sigma-\frac{1}{\pi} \int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial v_{M}} d \sigmaφ2(M)=cπΓφ0(Q)U(M,Q)vMdσ1πΓφ2(Q)lnr(M,Q)vMdσ
Această ecuație are soluție numai dacă termenul liber este ortogonal pe funcția proprie unică a ecuației omogene conjugate, care în cazul de față este constanta. Deci trebuie să se îndeplinească egalitatea
c. K π Γ d σ Γ φ 0 ( Q ) U ( M , Q ) ν M d σ = 0  c.  K π Γ d σ Γ φ 0 ( Q ) U ( M , Q ) ν M d σ = 0 (" c. "K)/(pi)int_(Gamma)d sigmaint_(Gamma)varphi_(0)(Q)(del U(M,Q))/(delnu_(M))d sigma=0\frac{\text { c. } K}{\pi} \int_{\Gamma} d \sigma \int_{\Gamma} \varphi_{0}(Q) \frac{\partial U(M, Q)}{\partial \nu_{M}} d \sigma=0 c. KπΓdσΓφ0(Q)U(M,Q)νMdσ=0
sau
c . K π C . d τ Γ φ 0 ( Q ) Δ U ( P , Q ) d σ = 0 c . K π C . d τ Γ φ 0 ( Q ) Δ U ( P , Q ) d σ = 0 -(c.K)/(pi)∬_(C.)d tauint_(Gamma)varphi_(0)(Q)Delta U(P,Q)d sigma=0-\frac{c . K}{\pi} \iint_{C .} d \tau \int_{\Gamma} \varphi_{0}(Q) \Delta U(P, Q) d \sigma=0c.KπC.dτΓφ0(Q)ΔU(P,Q)dσ=0
De aici urmează c = 0 c = 0 c=0c=0c=0, findcă Γ φ 0 ( Q ) Δ U ( P , Q ) d σ Γ φ 0 ( Q ) Δ U ( P , Q ) d σ int_(Gamma)varphi_(0)(Q)Delta U(P,Q)d sigma-=\int_{\Gamma} \varphi_{0}(Q) \Delta U(P, Q) d \sigma \equivΓφ0(Q)ΔU(P,Q)dσ constantă 0 0 !=0\neq 00. Ca urmare ψ 1 0 ψ 1 0 psi_(1)-=0\psi_{1} \equiv 0ψ10 și ψ 2 = c φ 0 ψ 2 = c φ 0 psi_(2)=cvarphi_(0)\psi_{2}=c \varphi_{0}ψ2=cφ0. Pe baza teoremelor lui Fredholm putem afirma că sistemul conjugat al lui (6') are de asemenea un singur vector propriu, cînd λ = 1 λ = 1 lambda=1\lambda=1λ=1. Imediat se observă că [ 1 , 0 ] [ 1 , 0 ] [1,0][1,0][1,0] este acest vector. Deci condiția necesară și suficientă pentru ca sistemul (6) să aibă soluție este ca
Γ δ 2 ( Q ) d σ = 0 Γ δ 2 ( Q ) d σ = 0 int_(Gamma)delta_(2)(Q)d sigma=0\int_{\Gamma} \delta_{2}(Q) d \sigma=0Γδ2(Q)dσ=0
iar soluția generală este
φ 1 ( M ) = φ 1 ( M ) ; φ 2 ( M ) = φ 2 ( M ) + c φ v ( M ) φ 1 ( M ) = φ 1 ( M ) ; φ 2 ( M ) = φ 2 ( M ) + c φ v ( M ) varphi_(1)(M)=varphi_(1)^(**)(M);varphi_(2)(M)=varphi_(2)^(**)(M)+cvarphi_(v)(M)\varphi_{1}(M)=\varphi_{1}^{*}(M) ; \varphi_{2}(M)=\varphi_{2}^{*}(M)+c \varphi_{v}(M)φ1(M)=φ1(M);φ2(M)=φ2(M)+cφv(M)
unde [ φ 1 , φ 2 ] φ 1 , φ 2 [varphi_(1)^(**),varphi_(2)^(**)]\left[\varphi_{1}^{*}, \varphi_{2}^{*}\right][φ1,φ2] reprezintă o soluție particulară a sistemului (6). Vom arăta că
u ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) d σ u ( P ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) d σ u(P)=int_(Gamma)varphi_(1)(Q)U(P,Q)d sigma+int_(Gamma)varphi_(2)(Q)ln r(P,Q)d sigmau(P)=\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) U(P, Q) d \sigma+\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \ln r(P, Q) d \sigmau(P)=Γφ1(Q)U(P,Q)dσ+Γφ2(Q)lnr(P,Q)dσ
Într-adevăr, fie P 0 P 0 P_(0)P_{0}P0 un punct arbitrar din domeniul Ω Ω Omega\OmegaΩ. Definim constanta c c ccc din condiția
u ( P 0 ) = Γ φ 1 ( Q ) U ( P 0 , Q ) d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P 0 , Q ) d σ u P 0 = Γ φ 1 ( Q ) U P 0 , Q d σ + Γ φ 2 ( Q ) ln r P 0 , Q d σ u(P_(0))=int_(Gamma)varphi_(1)(Q)U(P_(0),Q)d sigma+int_(Gamma)varphi_(2)(Q)ln r(P_(0),Q)d sigmau\left(P_{0}\right)=\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) U\left(P_{0}, Q\right) d \sigma+\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \ln r\left(P_{0}, Q\right) d \sigmau(P0)=Γφ1(Q)U(P0,Q)dσ+Γφ2(Q)lnr(P0,Q)dσ
Notăm
v ( P ) = u ( P ) Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) d σ v ( P ) = u ( P ) Γ φ 1 ( Q ) U ( P , Q ) d σ Γ φ 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) d σ v(P)=u(P)-int_(Gamma)varphi_(1)(Q)U(P,Q)d sigma-int_(Gamma)varphi_(2)(Q)ln r(P,Q)d sigmav(P)=u(P)-\int_{\Gamma} \varphi_{1}(Q) U(P, Q) d \sigma-\int_{\Gamma} \varphi_{2}(Q) \ln r(P, Q) d \sigmav(P)=u(P)Γφ1(Q)U(P,Q)dσΓφ2(Q)lnr(P,Q)dσ
Este evident că v ( P ) { u } v ( P ) { u } v(P)in{u}v(P) \in\{u\}v(P){u} și lim v ( P ) v M = lim Δ v ( P ) v M = 0 . lim v ( P ) v M = lim Δ v ( P ) v M = 0 . lim(del v(P))/(delv_(M))=lim(del Delta v(P))/(delv_(M))=0.quad\lim \frac{\partial v(P)}{\partial v_{M}}=\lim \frac{\partial \Delta v(P)}{\partial v_{M}}=0 . \quadlimv(P)vM=limΔv(P)vM=0. Notăm lim v ( P ) == v 1 ( M ) v ( P ) == v 1 ( M ) v(P)==v_(1)(M)v(P)= =v_{1}(M)v(P)==v1(M) și lim Δ v 2 ( P ) = v 2 ( M ) lim Δ v 2 ( P ) = v 2 ( M ) lim Deltav_(2)(P)=v_(2)(M)\lim \Delta v_{2}(P)=v_{2}(M)limΔv2(P)=v2(M). Folosind egalitatea (5) avem
Γ [ ν 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) ν Q + ν 2 ( Q ) U ( P , Q ) ν Q ] d σ = 0 Γ ν 1 ( Q ) Δ U P , Q ν Q + ν 2 ( Q ) U P , Q ν Q d σ = 0 int_(Gamma)[nu_(1)(Q)(del Delta U(P^('),Q))/(delnu_(Q))+nu_(2)(Q)(del U(P^('),Q))/(delnu_(Q))]d sigma=0\int_{\Gamma}\left[\nu_{1}(Q) \frac{\partial \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}}+\nu_{2}(Q) \frac{\partial U\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}}\right] d \sigma=0Γ[ν1(Q)ΔU(P,Q)νQ+ν2(Q)U(P,Q)νQ]dσ=0
Dar aplicînd operatorul Δ Δ Delta\DeltaΔ la această egalitate obținem
Γ ν 2 ( Q ) ln r ( P , Q ) ν Q d σ = 0 Γ ν 2 ( Q ) ln r P , Q ν Q d σ = 0 int_(Gamma)nu_(2)(Q)(del ln r(P^('),Q))/(delnu_(Q))d sigma=0\int_{\Gamma} \nu_{2}(Q) \frac{\partial \ln r\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma=0Γν2(Q)lnr(P,Q)νQdσ=0
Trecînd la limită cînd P M P M P^(')rarr MP^{\prime} \rightarrow MPM pe normala in punctul M M MMM avem
respectiv
4 π ν 1 ( M ) = 4 Γ ν 1 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ Γ ν 2 ( Q ) U ( M , Q ) ν Q d σ 4 π ν 1 ( M ) = 4 Γ ν 1 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ Γ ν 2 ( Q ) U ( M , Q ) ν Q d σ 4pinu_(1)(M)=-4int_(Gamma)nu_(1)(Q)(del ln r(M,Q))/(delnu_(Q))d sigma-int_(Gamma)nu_(2)(Q)(del U(M,Q))/(delnu_(Q))d sigma4 \pi \nu_{1}(M)=-4 \int_{\Gamma} \nu_{1}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma-\int_{\Gamma} \nu_{2}(Q) \frac{\partial U(M, Q)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma4πν1(M)=4Γν1(Q)lnr(M,Q)νQdσΓν2(Q)U(M,Q)νQdσ
π ν 2 ( M ) = Γ ν 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ π ν 2 ( M ) = Γ ν 2 ( Q ) ln r ( M , Q ) ν Q d σ pinu_(2)(M)=-int_(Gamma)nu_(2)(Q)(del ln r(M,Q))/(delnu_(Q))d sigma\pi \nu_{2}(M)=-\int_{\Gamma} \nu_{2}(Q) \frac{\partial \ln r(M, Q)}{\partial \nu_{Q}} d \sigmaπν2(M)=Γν2(Q)lnr(M,Q)νQdσ
Făcînd abstracție de un factor constant acest sistem coincide cu sistemul conjugat al lui (6). Deci singura soluție este [ c , 0 ] [ c , 0 ] [c,0][c, 0][c,0]. Aplicînd formula (4) găsim
v ( P ) = c 8 π Γ Δ U ( P , Q ) v Q d σ = c 2 π Γ ln r ( P , Q ) v Q d σ = c , ( P Ω ) 5 ) v ( P ) = c 8 π Γ Δ U ( P , Q ) v Q d σ = c 2 π Γ ln r ( P , Q ) v Q d σ = c , ( P Ω ) 5 {:v(P)=(c)/(8pi)int_(Gamma)(del Delta U(P,Q))/(delv_(Q))d sigma=(c)/(2pi)int_(Gamma)(del ln r(P,Q))/(delv_(Q))d sigma=c,(P in Omega)^(5))\left.v(P)=\frac{c}{8 \pi} \int_{\Gamma} \frac{\partial \Delta U(P, Q)}{\partial v_{Q}} d \sigma=\frac{c}{2 \pi} \int_{\Gamma} \frac{\partial \ln r(P, Q)}{\partial v_{Q}} d \sigma=c,(P \in \Omega)^{5}\right)v(P)=c8πΓΔU(P,Q)vQdσ=c2πΓlnr(P,Q)vQdσ=c,(PΩ)5)
Dar v ( P 0 ) = 0 v P 0 = 0 v(P_(0))=0v\left(P_{0}\right)=0v(P0)=0 deci v ( P ) 0 v ( P ) 0 v(P)-=0v(P) \equiv 0v(P)0, ceea ce demonstrează afirmația noastră.
Lema 1. Dacă u { u } u { u } u in{u}u \in\{u\}u{u} atunci
Γ δ 2 ( Q ) d σ = 0 Γ δ 2 ( Q ) d σ = 0 int_(Gamma)delta_(2)(Q)d sigma=0\int_{\Gamma} \delta_{2}(Q) d \sigma=0Γδ2(Q)dσ=0
Demonstrație. Aplicăm operatorul Δ Δ Delta\DeltaΔ egalității (5):
Γ [ μ 2 ( Q ) Δ U ( P , Q ) ν Q δ 2 ( Q ) Δ U ( P , Q ) ] d σ = 0 Γ μ 2 ( Q ) Δ U P , Q ν Q δ 2 ( Q ) Δ U P , Q d σ = 0 int_(Gamma)[mu_(2)(Q)(del Delta U(P^('),Q))/(delnu_(Q))-delta_(2)(Q)Delta U(P^('),Q)]d sigma=0\int_{\Gamma}\left[\mu_{2}(Q) \frac{\partial \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}}-\delta_{2}(Q) \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right)\right] d \sigma=0Γ[μ2(Q)ΔU(P,Q)νQδ2(Q)ΔU(P,Q)]dσ=0
Integrăm pe un cerc arbitrar C R C R C_(R)C_{R}CR de rază R R RRR, care conține domeniul Ω Ω Omega\OmegaΩ în interiorul său
Γ μ 2 ( Q ) d σ C R Δ U ( P , Q ) ν Q d σ Γ ~ δ 2 ( Q ) d σ C R Δ U ( P , Q ) d σ = 0 Dar C R Δ U ( P , Q ) d σ = C R [ 4 ln r ( P , Q ) + 3 ] d σ constantă pe Γ , findcă Γ μ 2 ( Q ) d σ C R Δ U P , Q ν Q d σ Γ ~ δ 2 ( Q ) d σ C R Δ U P , Q d σ = 0 Dar C R Δ U P , Q d σ = C R 4 ln r P , Q + 3 d σ  constantă pe  Γ ,  findcă  {:[int_(Gamma)mu_(2)(Q)d sigmaint_(C_(R))(del Delta U(P^('),Q))/(delnu_(Q))d sigma-int_( tilde(Gamma))delta_(2)(Q)d sigmaint_(C_(R))Delta U(P^('),Q)d sigma=0],[Darint_(C_(R))Delta U(P^('),Q)d sigma=int_(C_(R))[4ln r(P^('),Q)+3]d sigma-=" constantă pe "Gamma","" findcă "]:}\begin{gathered} \int_{\Gamma} \mu_{2}(Q) d \sigma \int_{C_{R}} \frac{\partial \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma-\int_{\tilde{\Gamma}} \delta_{2}(Q) d \sigma \int_{C_{R}} \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right) d \sigma=0 \\ \operatorname{Dar} \int_{C_{R}} \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right) d \sigma=\int_{C_{R}}\left[4 \ln r\left(P^{\prime}, Q\right)+3\right] d \sigma \equiv \text { constantă pe } \Gamma, \text { findcă } \end{gathered}Γμ2(Q)dσCRΔU(P,Q)νQdσΓ~δ2(Q)dσCRΔU(P,Q)dσ=0DarCRΔU(P,Q)dσ=CR[4lnr(P,Q)+3]dσ constantă pe Γ, findcă 
C R ln r ( P , Q ) d σ c C R ln r P , Q d σ c int_(C_(R))ln r(P^('),Q)d sigma-=c\int_{C_{R}} \ln r\left(P^{\prime}, Q\right) d \sigma \equiv cCRlnr(P,Q)dσc în interiorul cercului. De aici urmează și C R Δ U ( P , Q ) ν Q d σ = 0 C R Δ U P , Q ν Q d σ = 0 int_(C_(R))(del Delta U(P^('),Q))/(delnu_(Q))d sigma=0\int_{C_{R}} \frac{\partial \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}} d \sigma=0CRΔU(P,Q)νQdσ=0 prin urmare Γ δ 2 ( Q ) d σ = 0 Γ δ 2 ( Q ) d σ = 0 int_(Gamma)delta_(2)(Q)d sigma=0\int_{\Gamma} \delta_{2}(Q) d \sigma=0Γδ2(Q)dσ=0.
4. Vom demonstra unicitatea soluției problemei la limită propuse la punctul 2, relativ la elementele mulțimii { u } { u } {u}\{u\}{u}.
Introducem funcționala
(7) F ( u ) = Γ ˙ ( μ 1 δ 2 μ 2 δ 1 ) d σ + ( 1 σ ) Γ δ 1 2 d σ (7) F ( u ) = Γ ˙ μ 1 δ 2 μ 2 δ 1 d σ + ( 1 σ ) Γ δ 1 2 d σ {:(7)F(u)=int_(Gamma^(˙))(mu_(1)delta_(2)-mu_(2)delta_(1))d sigma+(1-sigma)int_(Gamma)delta_(1)^(2)d sigma:}\begin{equation*} F(u)=\int_{\dot{\Gamma}}\left(\mu_{1} \delta_{2}-\mu_{2} \delta_{1}\right) d \sigma+(1-\sigma) \int_{\Gamma} \delta_{1}^{2} d \sigma \tag{7} \end{equation*}(7)F(u)=Γ˙(μ1δ2μ2δ1)dσ+(1σ)Γδ12dσ
definită pe elementele mulțimii { u } . F ( u ) { u } . F ( u ) {u}.F(u)\{u\} . F(u){u}.F(u) este o funcțională pozitivă, ceea ce este evident dacă în prealabil observăm că
Γ ( μ 1 δ 2 μ 2 δ 1 ) d σ = Ω ( Δ u ) 2 d σ Γ μ 1 δ 2 μ 2 δ 1 d σ = Ω ( Δ u ) 2 d σ int_(Gamma)(mu_(1)delta_(2)-mu_(2)delta_(1))d sigma=∬_(Omega)(Delta u)^(2)d sigma\int_{\Gamma}\left(\mu_{1} \delta_{2}-\mu_{2} \delta_{1}\right) d \sigma=\iint_{\Omega}(\Delta u)^{2} d \sigmaΓ(μ1δ2μ2δ1)dσ=Ω(Δu)2dσ
Dar această ultimă egalitate se poate verifica înlocuind în membrul întîi expresiile funcțiilor μ 1 , δ 1 , μ 2 , δ 2 μ 1 , δ 1 , μ 2 , δ 2 mu_(1),delta_(1),mu_(2),delta_(2)\mu_{1}, \delta_{1}, \mu_{2}, \delta_{2}μ1,δ1,μ2,δ2 și efectuînd calcule simple urmînd calea demonstrației teoremei 3.
Teorema 4. Dacă u { u } s s i u { u } s s i u in{u}ssiu \in\{u\} s s iu{u}ssi
u = 0 ре Γ Δ u + 1 σ ρ 0 u ν = 0 ре Γ u = 0  ре  Γ Δ u + 1 σ ρ 0 u ν = 0  ре  Γ {:[u=0" ре "Gamma],[-Delta u+(1-sigma)/(rho_(0))(del u)/(del nu)=0" ре "Gamma]:}\begin{aligned} u & =0 \text { ре } \Gamma \\ -\Delta u+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial u}{\partial \nu} & =0 \text { ре } \Gamma \end{aligned}u=0 ре ΓΔu+1σρ0uν=0 ре Γ
atunci u 0 u 0 u-=0u \equiv 0u0 in Ω Ω Omega\OmegaΩ.
Demonstratie. Evident F ( u ) = 0 F ( u ) = 0 F(u)=0F(u)=0F(u)=0, de unde urmează
Ω ( Δ u ) 2 d τ = 0 şi Γ ˙ ( u ν ) 2 d σ = 0 Ω ( Δ u ) 2 d τ = 0  şi  Γ ˙ u ν 2 d σ = 0 ∬_(Omega)(Delta u)^(2)d tau=0" şi "int_(Gamma^(˙))((del u)/(del nu))^(2)d sigma=0\iint_{\Omega}(\Delta u)^{2} d \tau=0 \text { şi } \int_{\dot{\Gamma}}\left(\frac{\partial u}{\partial \nu}\right)^{2} d \sigma=0Ω(Δu)2dτ=0 şi Γ˙(uν)2dσ=0
Deci Δ u = 0 Δ u = 0 Delta u=0\Delta u=0Δu=0 în Ω Ω Omega\OmegaΩ și u v = 0 u v = 0 (del u)/(del v)=0\frac{\partial u}{\partial v}=0uv=0 pe Γ Γ Gamma\GammaΓ. Aceasta înseamnă că u u uuu este soluția problemei lui Neumann cu condiția u ν = 0 u ν = 0 (del u)/(del nu)=0\frac{\partial u}{\partial \nu}=0uν=0 pe frontieră ; deci u c u c u-=cu \equiv cuc în Ω Ω Omega\OmegaΩ, și fiindcă condiția teoremei impune ca u = 0 u = 0 u=0u=0u=0 pe Γ Γ Gamma\GammaΓ, urmează u 0 u 0 u-=0u \equiv 0u0.
5. Fie P ( ρ , φ ) P ( ρ , φ ) P(rho,varphi)P(\rho, \varphi)P(ρ,φ) și Q ( ρ , φ ) Q ρ , φ Q(rho^('),varphi^('))Q\left(\rho^{\prime}, \varphi^{\prime}\right)Q(ρ,φ) două puncte în plan. Este bine cunoscută formula
ln r ( P , Q ) = ln ρ n = 1 1 n κ n ρ n cos n ( φ φ ) ln r ( P , Q ) = ln ρ n = 1 1 n κ n ρ n cos n φ φ ln r(P,Q)=ln rho^(')-sum_(n=1)^(oo)(1)/(n)(kappa^(n))/(rho^('n))cos n(varphi-varphi^('))\ln r(P, Q)=\ln \rho^{\prime}-\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n} \frac{\kappa^{n}}{\rho^{\prime n}} \cos n\left(\varphi-\varphi^{\prime}\right)lnr(P,Q)=lnρn=11nκnρncosn(φφ)
Cu ajutorul ei obținem
r 2 ln r = ln ρ ( ρ 2 + ρ 2 2 ρ ρ cos γ ) + ρ 2 ρ ρ cos γ n = 1 1 n ( n + 1 ) ρ n + 2 ρ n cos n γ + + n = 2 1 n ( n 1 ) ρ n ρ n 2 cos n γ r 2 ln r = ln ρ ρ 2 + ρ 2 2 ρ ρ cos γ + ρ 2 ρ ρ cos γ n = 1 1 n ( n + 1 ) ρ n + 2 ρ n cos n γ + + n = 2 1 n ( n 1 ) ρ n ρ n 2 cos n γ {:[r^(2)ln r=ln rho^(')(rho^(2)+rho^('2)-2rhorho^(')cos gamma)+rho^(2)-rhorho^(')cos gamma-sum_(n=1)^(oo)(1)/(n(n+1))(rho^(n+2))/(rho^('n))cos n gamma+],[+sum_(n=2)^(oo)(1)/(n(n-1))(rho^(n))/(rho^('n-2))cos n gamma]:}\begin{gathered} r^{2} \ln r=\ln \rho^{\prime}\left(\rho^{2}+\rho^{\prime 2}-2 \rho \rho^{\prime} \cos \gamma\right)+\rho^{2}-\rho \rho^{\prime} \cos \gamma-\sum_{n=1}^{\infty} \frac{1}{n(n+1)} \frac{\rho^{n+2}}{\rho^{\prime n}} \cos n \gamma+ \\ +\sum_{n=2}^{\infty} \frac{1}{n(n-1)} \frac{\rho^{n}}{\rho^{\prime n-2}} \cos n \gamma \end{gathered}r2lnr=lnρ(ρ2+ρ22ρρcosγ)+ρ2ρρcosγn=11n(n+1)ρn+2ρncosnγ++n=21n(n1)ρnρn2cosnγ
unde γ = φ φ γ = φ φ gamma=varphi-varphi^(')\gamma=\varphi-\varphi^{\prime}γ=φφ. Dacă introducem următoarele notații
α 1 = ρ { cos φ sin φ ; α n = 1 n ( n 1 ) ρ n { cos n φ sin n φ ( n = 2 , 3 , ) , β 0 = ρ ; β n = 1 n ( n + 1 ) ρ n + 2 { cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) , γ n = ρ n { cos n φ sin n φ ( n = 0 , 1 , ) , δ n = ρ n 2 { cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) α 1 = ρ cos φ sin φ ; α n = 1 n ( n 1 ) ρ n cos n φ sin n φ ( n = 2 , 3 , ) , β 0 = ρ ; β n = 1 n ( n + 1 ) ρ n + 2 cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) , γ n = ρ n cos n φ sin n φ ( n = 0 , 1 , ) , δ n = ρ n 2 cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) {:[alpha_(1)=-rho{[cos varphi],[sin varphi];quadalpha_(n)=(1)/(n(n-1))rho^(n){[cos n varphi],[sin n varphi]quad(n=2,3,dots),:}],[beta_(0)=rho^(@);quadbeta_(n)=-(1)/(n(n+1))rho^(n+2){[cos n varphi],[sin n varphi]quad(n=1,2,dots),:}],[gamma_(n)=rho^('-n){[cos nvarphi^(')],[sin nvarphi^(')]quad(n=0,1,dots),:}],[delta_(n)=rho^('n-2){[cos nvarphi^(')],[sin nvarphi^(')]quad(n=1,2,dots):}]:}\begin{gathered} \alpha_{1}=-\rho\left\{\begin{array}{l} \cos \varphi \\ \sin \varphi \end{array} ; \quad \alpha_{n}=\frac{1}{n(n-1)} \rho^{n}\left\{\begin{array}{l} \cos n \varphi \\ \sin n \varphi \end{array} \quad(n=2,3, \ldots),\right.\right. \\ \beta_{0}=\rho^{\circ} ; \quad \beta_{n}=-\frac{1}{n(n+1)} \rho^{n+2}\left\{\begin{array}{l} \cos n \varphi \\ \sin n \varphi \end{array} \quad(n=1,2, \ldots),\right. \\ \gamma_{n}=\rho^{\prime-n}\left\{\begin{array}{l} \cos n \varphi^{\prime} \\ \sin n \varphi^{\prime} \end{array} \quad(n=0,1, \ldots),\right. \\ \delta_{n}=\rho^{\prime n-2}\left\{\begin{array}{l} \cos n \varphi^{\prime} \\ \sin n \varphi^{\prime} \end{array} \quad(n=1,2, \ldots)\right. \end{gathered}α1=ρ{cosφsinφ;αn=1n(n1)ρn{cosnφsinnφ(n=2,3,),β0=ρ;βn=1n(n+1)ρn+2{cosnφsinnφ(n=1,2,),γn=ρn{cosnφsinnφ(n=0,1,),δn=ρn2{cosnφsinnφ(n=1,2,)
Cu ajutorul lor putem scrie
iar
r 2 ln r = β 0 ln ρ + ρ ln ρ + 2 α 1 δ 1 ln ρ + n = 0 β n γ n + n = 1 α n δ n r 2 ln r = β 0 ln ρ + ρ ln ρ + 2 α 1 δ 1 ln ρ + n = 0 β n γ n + n = 1 α n δ n r^(2)ln r=beta_(0)ln rho^(')+rho^(')-ln rho+2alpha_(1)delta_(1)ln rho^(')+sum_(n=0)^(oo)beta_(n)gamma_(n)+sum_(n=1)^(oo)alpha_(n)delta_(n)r^{2} \ln r=\beta_{0} \ln \rho^{\prime}+\rho^{\prime}-\ln \rho+2 \alpha_{1} \delta_{1} \ln \rho^{\prime}+\sum_{n=0}^{\infty} \beta_{n} \gamma_{n}+\sum_{n=1}^{\infty} \alpha_{n} \delta_{n}r2lnr=β0lnρ+ρlnρ+2α1δ1lnρ+n=0βnγn+n=1αnδn
Pentru a ușura calculele ce urmează, introducem notări prescurtate
P ( u ) = μ 1 ( Q ) δ 1 ( Q ) + μ 2 ( Q ) δ 2 ( Q ) ; G ( v ) = Δ v v Q + Δ v + v v + v P ( u ) = μ 1 ( Q ) δ 1 ( Q ) + μ 2 ( Q ) δ 2 ( Q ) ; G ( v ) = Δ v v Q + Δ v + v v + v P(u)=mu_(1)(Q)-delta_(1)(Q)+mu_(2)(Q)-delta_(2)(Q);G(v)=(del Delta v)/(delv_(Q))+Delta v+(del v)/(del v)+vP(u)=\mu_{1}(Q)-\delta_{1}(Q)+\mu_{2}(Q)-\delta_{2}(Q) ; G(v)=\frac{\partial \Delta v}{\partial v_{Q}}+\Delta v+\frac{\partial v}{\partial v}+vP(u)=μ1(Q)δ1(Q)+μ2(Q)δ2(Q);G(v)=ΔvvQ+Δv+vv+v
P ( u ) . G ( v ) = μ 1 Δ v v Q δ 1 Δ v + μ 2 v v Q + δ 2 v P ( u ) . G ( v ) = μ 1 Δ v v Q δ 1 Δ v + μ 2 v v Q + δ 2 v P(u).G(v)=mu_(1)(del Delta v)/(delv_(Q))-delta_(1)Delta v+mu_(2)(del v)/(delv_(Q))+delta_(2)vP(u) . G(v)=\mu_{1} \frac{\partial \Delta v}{\partial v_{Q}}-\delta_{1} \Delta v+\mu_{2} \frac{\partial v}{\partial v_{Q}}+\delta_{2} vP(u).G(v)=μ1ΔvvQδ1Δv+μ2vvQ+δ2v
Înlocuind în formula (5) U = r ln r U = r ln r U=r^(∙)ln rU=r^{\bullet} \ln rU=rlnr prin șirul ei de mai sus și folosind notațiile prescurtate, egalitatea (5) se poate scrie
ln ρ Γ ˙ P ( u ) G ( β 0 ) d σ + 2 δ 1 ln ρ Γ ˙ P ( u ) G ( α 1 ) d σ + n = o γ n Γ ˙ P ( u ) G ( β n ) d σ + (8) + n = 1 δ n Γ P ( u ) G ( α n ) d σ = 0 ln ρ Γ ˙ P ( u ) G β 0 d σ + 2 δ 1 ln ρ Γ ˙ P ( u ) G α 1 d σ + n = o γ n Γ ˙ P ( u ) G β n d σ + (8) + n = 1 δ n Γ P ( u ) G α n d σ = 0 {:[ln rho^(')int_(Gamma^(˙))P(u)*G(beta_(0))d sigma+2delta_(1)ln rho^(')int_(Gamma^(˙))P(u)G(alpha_(1))d sigma+sum_(n=o)^(oo)gamma_(n)int_(Gamma^(˙))P(u)*G(beta_(n))d sigma+],[(8)+sum_(n=1)^(oo)delta_(n)int_(Gamma)P(u)G(alpha_(n))d sigma=0]:}\begin{align*} \ln \rho^{\prime} \int_{\dot{\Gamma}} P(u) \cdot G\left(\beta_{0}\right) d \sigma & +2 \delta_{1} \ln \rho^{\prime} \int_{\dot{\Gamma}} P(u) G\left(\alpha_{1}\right) d \sigma+\sum_{n=o}^{\infty} \gamma_{n} \int_{\dot{\Gamma}} P(u) \cdot G\left(\beta_{n}\right) d \sigma+ \\ & +\sum_{n=1}^{\infty} \delta_{n} \int_{\Gamma} P(u) G\left(\alpha_{n}\right) d \sigma=0 \tag{8} \end{align*}lnρΓ˙P(u)G(β0)dσ+2δ1lnρΓ˙P(u)G(α1)dσ+n=oγnΓ˙P(u)G(βn)dσ+(8)+n=1δnΓP(u)G(αn)dσ=0
care este valabilă pentru fiecare punct exterior față de un cerc care conține în interiorul său pe Ω Ω Omega\OmegaΩ. Fie C R C R C_(R)C_{R}CR un asemenea cerc fixat. Dat fiindcă pe C R C R C_(R)C_{R}CR șirul de funcții 1 , sin φ , cos φ , sin 2 φ , cos 2 φ , 1 , sin φ , cos φ , sin 2 φ , cos 2 φ , 1,sin varphi^('),cos varphi^('),sin 2varphi^('),cos 2varphi^('),dots1, \sin \varphi^{\prime}, \cos \varphi^{\prime}, \sin 2 \varphi^{\prime}, \cos 2 \varphi^{\prime}, \ldots1,sinφ,cosφ,sin2φ,cos2φ, este complet, din egalitatea (8) urmează
Γ ˙ P ( u ) G ( β 0 ) d σ + ln R Γ ˙ P ( u ) G ( β 0 ) d σ = 0 2 R ln R Γ ˙ P ( u ) G ( α 1 ) d σ + Γ ˙ P ( u ) G ( β 1 ) d σ + R Γ ˙ P ( u ) G ( α 1 ) d σ = 0 Γ P ( u ) G ( β n ) d σ + R 2 Γ ˙ P ( u ) G ( α n ) d σ = 0 ( n = 2 , 3 , ) Γ ˙ P ( u ) G β 0 d σ + ln R Γ ˙ P ( u ) G β 0 d σ = 0 2 R ln R Γ ˙ P ( u ) G α 1 d σ + Γ ˙ P ( u ) G β 1 d σ + R Γ ˙ P ( u ) G α 1 d σ = 0 Γ P ( u ) G β n d σ + R 2 Γ ˙ P ( u ) G α n d σ = 0 ( n = 2 , 3 , ) {:[int_(Gamma^(˙))P(u)G(beta_(0))d sigma+ln Rint_(Gamma^(˙))P(u)G(beta_(0))d sigma=0],[2R ln Rint_(Gamma^(˙))P(u)G(alpha_(1))d sigma+int_(Gamma^(˙))P(u)G(beta_(1))d sigma+Rint_(Gamma^(˙))P(u)G(alpha_(1))d sigma=0],[int_(Gamma)P(u)G(beta_(n))d sigma+R^(2)int_(Gamma^(˙))P(u)G(alpha_(n))d sigma=0quad(n=2","3","dots)]:}\begin{gathered} \int_{\dot{\Gamma}} P(u) G\left(\beta_{0}\right) d \sigma+\ln R \int_{\dot{\Gamma}} P(u) G\left(\beta_{0}\right) d \sigma=0 \\ 2 R \ln R \int_{\dot{\Gamma}} P(u) G\left(\alpha_{1}\right) d \sigma+\int_{\dot{\Gamma}} P(u) G\left(\beta_{1}\right) d \sigma+R \int_{\dot{\Gamma}} P(u) G\left(\alpha_{1}\right) d \sigma=0 \\ \int_{\Gamma} P(u) G\left(\beta_{n}\right) d \sigma+R^{2} \int_{\dot{\Gamma}} P(u) G\left(\alpha_{n}\right) d \sigma=0 \quad(n=2,3, \ldots) \end{gathered}Γ˙P(u)G(β0)dσ+lnRΓ˙P(u)G(β0)dσ=02RlnRΓ˙P(u)G(α1)dσ+Γ˙P(u)G(β1)dσ+RΓ˙P(u)G(α1)dσ=0ΓP(u)G(βn)dσ+R2Γ˙P(u)G(αn)dσ=0(n=2,3,)
Dar acest sistem este valabil și pentru orice R 1 > R R 1 > R R_(1) > RR_{1}>RR1>R, de unde rezultă
Γ ˙ P ( u ) G ( α n ) d σ = 0 , ( n = 1 , 2 , ) Γ P ( u ) G ( β n ) d σ = 0 , ( n = 0 , 1 , ) Γ ˙ P ( u ) G α n d σ = 0 , ( n = 1 , 2 , ) Γ P ( u ) G β n d σ = 0 , ( n = 0 , 1 , ) {:[int_(Gamma^(˙))P(u)G(alpha_(n))d sigma=0","quad(n=1","2","dots)],[int_(Gamma)P(u)G(beta_(n))d sigma=0","quad(n=0","1","dots)]:}\begin{aligned} & \int_{\dot{\Gamma}} P(u) G\left(\alpha_{n}\right) d \sigma=0, \quad(n=1,2, \ldots) \\ & \int_{\Gamma} P(u) G\left(\beta_{n}\right) d \sigma=0, \quad(n=0,1, \ldots) \end{aligned}Γ˙P(u)G(αn)dσ=0,(n=1,2,)ΓP(u)G(βn)dσ=0,(n=0,1,)
sau notînd cu { v n } v n {v_(n)}\left\{v_{n}\right\}{vn} șirul { α n } { f n } α n f n {alpha_(n)}uu{f_(n)}\left\{\alpha_{n}\right\} \cup\left\{f_{n}\right\}{αn}{fn} :
(9) Γ P ( u ) G ( v n ) d σ = 0 , ( n = 1 , 2 , ) (9) Γ P ( u ) G v n d σ = 0 , ( n = 1 , 2 , ) {:(9)int_(Gamma)P(u)G(v_(n))d sigma=0","quad(n=1","2","dots):}\begin{equation*} \int_{\Gamma} P(u) G\left(v_{n}\right) d \sigma=0, \quad(n=1,2, \ldots) \tag{9} \end{equation*}(9)ΓP(u)G(vn)dσ=0,(n=1,2,)
Din cele de mai sus rezultă că sistemul (9) reprezintă condiția necesară pentru ca u { u } u { u } u in{u}u \in\{u\}u{u}. Relația (9) reprezintă totodată și condiția suficientă. Într-adevăr, fie μ 1 , δ 1 , μ 2 , δ 2 L 2 ( Γ ) μ 1 , δ 1 , μ 2 , δ 2 L 2 ( Γ ) mu_(1),delta_(1),mu_(2),delta_(2)inL_(2)(Gamma)\mu_{1}, \delta_{1}, \mu_{2}, \delta_{2} \in L_{2}(\Gamma)μ1,δ1,μ2,δ2L2(Γ); funcția
w ( P ) = Γ ˙ [ μ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) ν Q δ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) + μ 2 ( Q ) U ( P , Q ) ν Q δ 2 ( Q ) U ( P , Q ) ] d σ w P = Γ ˙ μ 1 ( Q ) Δ U P , Q ν Q δ 1 ( Q ) Δ U P , Q + μ 2 ( Q ) U P , Q ν Q δ 2 ( Q ) U P , Q d σ {:[w(P^('))=int_(Gamma^(˙))[mu_(1)(Q)(del Delta U(P^('),Q))/(delnu_(Q)):}-delta_(1)(Q)DeltaU(P^('),Q)+mu_(2)(Q)(del U(P^('),Q))/(delnu_(Q))-],[{:-delta_(2)(Q)U(P^('),Q)]d sigma]:}\begin{aligned} w\left(P^{\prime}\right)=\int_{\dot{\Gamma}}\left[\mu_{1}(Q) \frac{\partial \Delta U\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}}\right. & -\delta_{1}(Q) \Delta \mathrm{U}\left(P^{\prime}, Q\right)+\mu_{2}(Q) \frac{\partial U\left(P^{\prime}, Q\right)}{\partial \nu_{Q}}- \\ & \left.-\delta_{2}(Q) U\left(P^{\prime}, Q\right)\right] d \sigma \end{aligned}w(P)=Γ˙[μ1(Q)ΔU(P,Q)νQδ1(Q)ΔU(P,Q)+μ2(Q)U(P,Q)νQδ2(Q)U(P,Q)]dσ
este biarmonică în C Ω C Ω C OmegaC \OmegaCΩ. Însă din (9) urmează w ( P ) 0 w P 0 w(P^('))-=0w\left(P^{\prime}\right) \equiv 0w(P)0 în exteriorul cercului C R C R C_(R)C_{R}CR ceeace înseamnă că w ( P ) 0 w P 0 w(P^('))-=0w\left(P^{\prime}\right) \equiv 0w(P)0 și în C Ω C Ω C OmegaC \OmegaCΩ.
Rezultatul final este formulat în teorema următoare:
Teorema 5. Şirul de vectori { ψ i } = | v i Δ v i + 1 σ ρ v i ν | ψ i = v i Δ v i + 1 σ ρ v i ν {psi_(i)}=|v_(i)-Deltav_(i)+(1-sigma)/(rho)(delv_(i))/(del nu)|\left\{\psi_{i}\right\}=\left|v_{i}-\Delta v_{i}+\frac{1-\sigma}{\rho} \frac{\partial v_{i}}{\partial \nu}\right|{ψi}=|viΔvi+1σρviν| este complet în sensul lui Hilbert pe Γ Γ Gamma\GammaΓ.
Demonstratie. Fie φ φ varphi\varphiφ un vector ortogonal pe toate elementele șirului { ψ i } ψ i {psi_(i)}\left\{\psi_{i}\right\}{ψi}. Componentele vectorului φ φ varphi\varphiφ le vom nota în felul următor: φ = [ δ 2 , δ 1 ] φ = δ 2 , δ 1 varphi=[-delta_(2),delta_(1)]\varphi=\left[-\delta_{2}, \delta_{1}\right]φ=[δ2,δ1]. Condiția de ortogonalitate este
Γ [ δ 2 v i δ 1 Δ v i + I σ ρ 0 δ 1 v i ν ] d σ = 0 , ( i = 1 , 2 , ) Γ δ 2 v i δ 1 Δ v i + I σ ρ 0 δ 1 v i ν d σ = 0 , ( i = 1 , 2 , ) int_(Gamma)[-delta_(2)v_(i)-delta_(1)Deltav_(i)+(I-sigma)/(rho_(0))delta_(1)(delv_(i))/(del nu)]d sigma=0,quad(i=1,2,dots)\int_{\Gamma}\left[-\delta_{2} v_{i}-\delta_{1} \Delta v_{i}+\frac{I-\sigma}{\rho_{0}} \delta_{1} \frac{\partial v_{i}}{\partial \nu}\right] d \sigma=0, \quad(i=1,2, \ldots)Γ[δ2viδ1Δvi+Iσρ0δ1viν]dσ=0,(i=1,2,)
Dacă considerăm μ 1 0 μ 1 0 mu_(1)-=0\mu_{1} \equiv 0μ10 și μ 2 = 1 σ ρ 0 δ 1 μ 2 = 1 σ ρ 0 δ 1 mu_(2)=(1-sigma)/(rho_(0))delta_(1)\mu_{2}=\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \delta_{1}μ2=1σρ0δ1, atunci egalitățile precedente coincid cu (9), deci
u ( P ) = 1 8 π T ˙ [ 1 σ ρ 0 δ 1 ( Q ) U ( P , Q ) v Q δ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) δ 2 U ( P , Q ) ] d σ { u } u ( P ) = 1 8 π T ˙ 1 σ ρ 0 δ 1 ( Q ) U ( P , Q ) v Q δ 1 ( Q ) Δ U ( P , Q ) δ 2 U ( P , Q ) d σ { u } u(P)=(1)/(8pi)int_(T^(˙))[(1-sigma)/(rho_(0))delta_(1)(Q)(del U(P,Q))/(delv_(Q))-delta_(1)(Q)Delta U(P,Q)-delta_(2)U(P,Q)]d sigma in{u}u(P)=\frac{1}{8 \pi} \int_{\dot{T}}\left[\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \delta_{1}(Q) \frac{\partial U(P, Q)}{\partial v_{Q}}-\delta_{1}(Q) \Delta U(P, Q)-\delta_{2} U(P, Q)\right] d \sigma \in\{u\}u(P)=18πT˙[1σρ0δ1(Q)U(P,Q)vQδ1(Q)ΔU(P,Q)δ2U(P,Q)]dσ{u}
Avem
lim u ( P ) = 0 , lim Δ u ( P ) = 1 σ ρ 0 δ 1 ( M ) , lim u ( P ) v M = δ 1 ( M ) lim u ( P ) = 0 , lim Δ u ( P ) = 1 σ ρ 0 δ 1 ( M ) , lim u ( P ) v M = δ 1 ( M ) lim u(P)=0,quad lim Delta u(P)=(1-sigma)/(rho_(0))delta_(1)(M),quad lim(del u(P))/(delv_(M))=delta_(1)(M)\lim u(P)=0, \quad \lim \Delta u(P)=\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \delta_{1}(M), \quad \lim \frac{\partial u(P)}{\partial v_{M}}=\delta_{1}(M)limu(P)=0,limΔu(P)=1σρ0δ1(M),limu(P)vM=δ1(M)
și lim Δ u ( P ) v M = δ 2 ( M ) lim Δ u ( P ) v M = δ 2 ( M ) lim(del Delta u(P))/(delv_(M))=delta_(2)(M)\lim \frac{\partial \Delta u(P)}{\partial v_{M}}=\delta_{2}(M)limΔu(P)vM=δ2(M), toate considerate cînd P M Γ P M Γ P rarr M in GammaP \rightarrow M \in \GammaPMΓ pe normală.
Observînd că
și
lim [ Δ u + 1 σ ρ 0 u v M ] = 1 σ f 0 δ 1 + 1 σ ρ 0 δ 1 = 0 lim Δ u + 1 σ ρ 0 u v M = 1 σ f 0 δ 1 + 1 σ ρ 0 δ 1 = 0 lim[-Delta u+(1-sigma)/(rho_(0))(del u)/(delv_(M))]=-(1-sigma)/(f_(0))delta_(1)+(1-sigma)/(rho_(0))delta_(1)=0\lim \left[-\Delta u+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial u}{\partial v_{M}}\right]=-\frac{1-\sigma}{f_{0}} \delta_{1}+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \delta_{1}=0lim[Δu+1σρ0uvM]=1σf0δ1+1σρ0δ1=0
lim u = 0 lim u = 0 lim u=0\lim u=0limu=0
pe baza teoremei de unicitate urmează u 0 u 0 u-=0u \equiv 0u0, deci u v M = δ 1 = 0 u v M = δ 1 = 0 (del u)/(delv_(M))=delta_(1)=0\frac{\partial u}{\partial v_{M}}=\delta_{1}=0uvM=δ1=0 și Δ u ν = δ 2 = 0 Δ u ν = δ 2 = 0 (del Delta u)/(del nu)=delta_(2)=0\frac{\partial \Delta u}{\partial \nu}=\delta_{2}=0Δuν=δ2=0 pe Γ Γ Gamma\GammaΓ ceea ce înseamnă φ 0 φ 0 varphi-=0\varphi \equiv 0φ0.
Institutul de calcul al Academiei R.P.R., Filiala Cluj

РЕШЕНИЕ ОДНОЙ ПРЕДЕЛЬНОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ БИГАРМОНИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Обозначим через Ω Ω Omega\OmegaΩ плсскую область, ограниченную замкнутсй кривой Г. Предполагаем, что радиус кривизны ρ 0 ρ 0 rho_(0)\rho_{0}ρ0 кривой Γ Γ Gamma\GammaΓ является положительной функцией и что Γ Γ Gamma\GammaΓ является достаточно гладкой.
В данной работе доказывается, что последовательность вектор-функций
{ v i , Δ v i + 1 σ ρ 0 v i v } v i , Δ v i + 1 σ ρ 0 v i v {v_(i),-Deltav_(i)+(1-sigma)/(rho_(0))(delv_(i))/(del v)}\left\{v_{i},-\Delta v_{i}+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial v_{i}}{\partial v}\right\}{vi,Δvi+1σρ0viv}
является полной в среднем по кривой Г. Здесь
{ v n } = { α n } U { β n } v n = α n U β n {v_(n)}={alpha_(n)}U{beta_(n)}\left\{v_{n}\right\}=\left\{\alpha_{n}\right\} U\left\{\beta_{n}\right\}{vn}={αn}U{βn}
и
α 1 = ρ { cos φ sin φ ; α n = 1 n ( n 1 ) ρ n { cos n φ sin n φ ( n = 2 , 3 , ) ; γ n = ρ n { cos n φ sin n φ ( n = 0 , 1 , ) α 1 = ρ cos φ sin φ ; α n = 1 n ( n 1 ) ρ n cos n φ sin n φ ( n = 2 , 3 , ) ; γ n = ρ n cos n φ sin n φ ( n = 0 , 1 , ) alpha_(1)=-rho{[cos varphi],[sin varphi];alpha_(n)=(1)/(n(n-1))rho^(n){[cos n varphi],[sin n varphi](n=2,3,dots);gamma_(n)=rho^(')-n{[cos nvarphi^(')],[sin nvarphi^(')](n=0,1,dots):}\alpha_{1}=-\rho\left\{\begin{array}{l}\cos \varphi \\ \sin \varphi\end{array} ; \alpha_{n}=\frac{1}{n(n-1)} \rho^{n}\left\{\begin{array}{l}\cos n \varphi \\ \sin n \varphi\end{array}(n=2,3, \ldots) ; \gamma_{n}=\rho^{\prime}-n\left\{\begin{array}{l}\cos n \varphi^{\prime} \\ \sin n \varphi^{\prime}\end{array}(n=0,1, \ldots)\right.\right.\right.α1=ρ{cosφsinφ;αn=1n(n1)ρn{cosnφsinnφ(n=2,3,);γn=ρn{cosnφsinnφ(n=0,1,)
β 0 = ρ 2 ; β n = 1 n ( n + 1 ) ρ n + 2 { cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) ; δ n = ρ n 2 { cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) β 0 = ρ 2 ; β n = 1 n ( n + 1 ) ρ n + 2 cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) ; δ n = ρ n 2 cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) beta_(0)=rho^(2);beta_(n)=-(1)/(n(n+1))rho^(n+2){[cos n varphi],[sin n varphi](n=1,2,dots);delta_(n)=rho^('n-2){[cos nvarphi^(')],[sin nvarphi^(')](n=1,2,dots):}\beta_{0}=\rho^{2} ; \beta_{n}=-\frac{1}{n(n+1)} \rho^{n+2}\left\{\begin{array}{l}\cos n \varphi \\ \sin n \varphi\end{array}(n=1,2, \ldots) ; \delta_{n}=\rho^{\prime n-2}\left\{\begin{array}{l}\cos n \varphi^{\prime} \\ \sin n \varphi^{\prime}\end{array}(n=1,2, \ldots)\right.\right.β0=ρ2;βn=1n(n+1)ρn+2{cosnφsinnφ(n=1,2,);δn=ρn2{cosnφsinnφ(n=1,2,),
где ρ ρ rho\rhoρ и φ φ varphi\varphiφ обозначают полярные координаты, центр которых помещается внутри области Ω , σ Ω , σ Omega,sigma\Omega, \sigmaΩ,σ - постоянная величина Пуассона и ν обозначает внутреннюю нормаль. При доказательстве приведенного утверждения были использованы некоторые идеи работ [1] и [2].
Полная последовательность векторов
{ v i , Δ v i + 1 σ ρ 0 v i v } v i , Δ v i + 1 σ ρ 0 v i v {v_(i),-Deltav_(i)+(1-sigma)/(rho_(0))(delv_(i))/(del v)}\left\{v_{i},-\Delta v_{i}+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial v_{i}}{\partial v}\right\}{vi,Δvi+1σρ0viv}
служит для решения следующей задачи: в области Ω Ω Omega\OmegaΩ ищется такая функция u ( x , y ) u ( x , y ) u(x,y)u(x, y)u(x,y), для которой
Δ 2 u 4 u x 4 + 2 4 u x 2 y 2 + 4 u y 4 = 0 в Ω u = f 1 Δ 2 u 4 u x 4 + 2 4 u x 2 y 2 + 4 u y 4 = 0  в  Ω u = f 1 {:[Delta^(2)u-=(del^(4)u)/(delx^(4))+2(del^(4)u)/(delx^(2)dely^(2))+(del^(4)u)/(dely^(4))=0" в "Omega],[u=f_(1)]:}\begin{gathered} \Delta^{2} u \equiv \frac{\partial^{4} u}{\partial x^{4}}+2 \frac{\partial^{4} u}{\partial x^{2} \partial y^{2}}+\frac{\partial^{4} u}{\partial y^{4}}=0 \text { в } \Omega \\ u=f_{1} \end{gathered}Δ2u4ux4+24ux2y2+4uy4=0 в Ωu=f1
и
Δ u + 1 σ ρ 0 u v = f 2 Δ u + 1 σ ρ 0 u v = f 2 -Delta u+(1-sigma)/(rho_(0))(del u)/(del v)=f_(2)-\Delta u+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial u}{\partial v}=f_{2}Δu+1σρ0uv=f2
на Γ Γ Gamma\GammaΓ, где f 1 f 1 f_(1)f_{1}f1 и f 2 f 2 f_(2)f_{2}f2 - данные квадратично суммируемые функции на Γ Γ Gamma\GammaΓ.

- LA SOLUTION D'UN PROBLÈME AUX LIMITES POUR L'ÉQUATION BIHARMONIQUE

RÉSUMÉ

Soit Ω Ω Omega\OmegaΩ un domaine borné par la courbe Γ Γ Gamma\GammaΓ. On suppose que la courbe Γ Γ Gamma\GammaΓ admet le rayon de courbure ρ 0 ρ 0 rho_(0)\rho_{0}ρ0 positif et, en outre, que cette courbe est suffisamment lisse.
Dans ce travail, on démontre que la succession des vecteurs
{ v i , Δ v i + 1 σ ρ 0 v i v } v i , Δ v i + 1 σ ρ 0 v i v {v_(i),-Deltav_(i)+(1-sigma)/(rho_(0))(delv_(i))/(del v)}\left\{v_{i},-\Delta v_{i}+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial v_{i}}{\partial v}\right\}{vi,Δvi+1σρ0viv}
est complète au sens de Hilbert sur Γ Γ Gamma\GammaΓ, où
{ v n } = { α n } { β n } et α 1 = ρ { cos φ sin φ ; α n = 1 n ( n 1 ) ρ n { cos n φ sin n φ ( n = 2 , 3 , ) ; γ n = ρ n { cos n φ sin n φ ( n = 0 , 1 , ) , β β 0 = ρ 2 ; ρ n = 1 n ( n + 1 ) ρ n + 2 { cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) ; δ n = ρ n 2 { cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) , v n = α n β n  et  α 1 = ρ cos φ sin φ ; α n = 1 n ( n 1 ) ρ n cos n φ sin n φ ( n = 2 , 3 , ) ; γ n = ρ n cos n φ sin n φ ( n = 0 , 1 , ) , β β 0 = ρ 2 ; ρ n = 1 n ( n + 1 ) ρ n + 2 cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) ; δ n = ρ n 2 cos n φ sin n φ ( n = 1 , 2 , ) , {:[{v_(n)}={alpha_(n)}uu{beta_(n)}" et "],[alpha_(1)=-rho{[cos varphi],[sin varphi];alpha_(n)=(1)/(n(n-1))rho^(n){[cos n varphi],[sin n varphi](n=2,3,dots);gamma_(n)=rho^(')-n{[cos nvarphi^(')],[sin nvarphi^(')](n=0,1,dots),:}]:}beta_(beta_(0)=rho^(2);quadrho_(n)=-(1)/(n(n+1))rho^(n+2){[cos n varphi],[sin n varphi](n=1,2,dots);delta_(n)=rho^('n-2){[cos nvarphi^(')],[sin nvarphi^(')](n=1,2,dots),:})\begin{gathered} \left\{v_{n}\right\}=\left\{\alpha_{n}\right\} \cup\left\{\beta_{n}\right\} \text { et } \\ \alpha_{1}=-\rho\left\{\begin{array}{l} \cos \varphi \\ \sin \varphi \end{array} ; \alpha_{n}=\frac{1}{n(n-1)} \rho^{n}\left\{\begin{array}{l} \cos n \varphi \\ \sin n \varphi \end{array}(n=2,3, \ldots) ; \gamma_{n}=\rho^{\prime}-n\left\{\begin{array}{l} \cos n \varphi^{\prime} \\ \sin n \varphi^{\prime} \end{array}(n=0,1, \ldots),\right.\right.\right. \end{gathered} \beta_{\beta_{0}=\rho^{2} ; \quad \rho_{n}=-\frac{1}{n(n+1)} \rho^{n+2}\left\{\begin{array}{l} \cos n \varphi \\ \sin n \varphi \end{array}(n=1,2, \ldots) ; \delta_{n}=\rho^{\prime n-2}\left\{\begin{array}{l} \cos n \varphi^{\prime} \\ \sin n \varphi^{\prime} \end{array}(n=1,2, \ldots),\right.\right.}{vn}={αn}{βn} et α1=ρ{cosφsinφ;αn=1n(n1)ρn{cosnφsinnφ(n=2,3,);γn=ρn{cosnφsinnφ(n=0,1,),ββ0=ρ2;ρn=1n(n+1)ρn+2{cosnφsinnφ(n=1,2,);δn=ρn2{cosnφsinnφ(n=1,2,),
ρ ρ rho\rhoρ et φ φ varphi\varphiφ sont les coordonnées polaires dont le centre est situé à l'intérieur du domaine Ω ; σ Ω ; σ Omega;sigma\Omega ; \sigmaΩ;σ est la valeur constante de Poisson; ν ν nu\nuν désigne la normale intérieure par rapport à Γ Γ Gamma\GammaΓ. Pour démontrer cette affirmation, l'auteur se base sur quelques idées des travaux [1] et [2].
La succession complète des vecteurs { v i , Δ v i + 1 σ ρ 0 v i v } v i , Δ v i + 1 σ ρ 0 v i v {v_(i),-Deltav_(i)+(1-sigma)/(rho_(0))(delv_(i))/(del v)}\left\{v_{i},-\Delta v_{i}+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial v_{i}}{\partial v}\right\}{vi,Δvi+1σρ0viv} sert à résoudre le problème suivant: dans le domaine Ω Ω Omega\OmegaΩ on cherche la fonction u ( x , y ) u ( x , y ) u(x,y)u(x, y)u(x,y) pour laquelle
Δ 2 u = 4 u x 4 + 2 4 u x 2 y 2 + 4 u y 4 = 0 dans Ω , u = f 1 et Δ u + 1 σ ρ 0 u ν = f 2 sur Γ , Δ 2 u = 4 u x 4 + 2 4 u x 2 y 2 + 4 u y 4 = 0  dans  Ω , u = f 1  et  Δ u + 1 σ ρ 0 u ν = f 2  sur  Γ , {:[Delta^(2)u=(del^(4)u)/(delx^(4))+2(del^(4)u)/(delx^(2)dely^(2))+(del^(4)u)/(dely^(4))=0," dans "Omega","],[u=f_(1)" et "-Delta u+(1-sigma)/(rho_(0))(del u)/(del nu)=f_(2)," sur "Gamma","]:}\begin{array}{ll} \Delta^{2} u=\frac{\partial^{4} u}{\partial x^{4}}+2 \frac{\partial^{4} u}{\partial x^{2} \partial y^{2}}+\frac{\partial^{4} u}{\partial y^{4}}=0 & \text { dans } \Omega, \\ u=f_{1} \text { et }-\Delta u+\frac{1-\sigma}{\rho_{0}} \frac{\partial u}{\partial \nu}=f_{2} & \text { sur } \Gamma, \end{array}Δ2u=4ux4+24ux2y2+4uy4=0 dans Ω,u=f1 et Δu+1σρ0uν=f2 sur Γ,
f 1 f 1 f_(1)f_{1}f1 et f 2 f 2 f_(2)f_{2}f2 sont deux fonctions données sur Γ Γ Gamma\GammaΓ, sommables en carrés.

BIBLIOGRAFIE

  1. G. Fichera, Teoremi di completezza sulla frontiera di un dominio per taluni sistemi di funzioni. Ann. Mat. pura e appl., 27, 1-28 (1948).
  2. Teoremi di completezza connessi all' integrazione dell'equazione Δ 4 u = f Δ 4 u = f Delta_(4)u=f\Delta_{4} u=fΔ4u=f. Giornale Mat. Battaglini, 77, 184-199 (1947-1948).
  3. Н. М. ГУНТЕР, Теория потенциала и ее применение κ κ kappa\kappaκ основным задачам математической физики. Москва, 58-59 (1953).

1958

Related Posts