Eine $L^q$-Theorie des Cosseratspektrums in beschränkten Gebieten und Außengebieten

$L^q$-solutions to the Cosserat spectrum in bounded and exterior domains

In der vorliegenden Arbeit wird die Frage untersucht, für welche (Eigenwerte) a in R nichttriviale klassische oder schwache $L^q$-Lösungen (Eigenfunktionen) des Cosseratspektrums existieren $$ \Delta \U u = a \nabla \Div \U u, \qquad \U u \Big|_{\partial G}=0 $$ wobei G ein beschränktes Gebiet oder ein Außengebiet ist. Dieses Problem wurde erstmals von den Brüdern Eugène und Francois Cosserat untersucht. Es ist ein Spezialfall der Lamé-Gleichung und beschreibt die Auslenkung eines linearen, isotIn der vorliegenden Arbeit wird die Frage untersucht, für welche (Eigenwerte) a in R nichttriviale klassische oder schwache $L^q$-Lösungen (Eigenfunktionen) des Cosseratspektrums existieren $$ \Delta \U u = a \nabla \Div \U u, \qquad \U u \Big|_{\partial G}=0 $$ wobei G ein beschränktes Gebiet oder ein Außengebiet ist. Dieses Problem wurde erstmals von den Brüdern Eugène und Francois Cosserat untersucht. Es ist ein Spezialfall der Lamé-Gleichung und beschreibt die Auslenkung eines linearen, isotropen, homogenen elastischen Mediums ohne Einwirkung einer äußeren Kraft im statischen Fall. In dieser Arbeit wird das schwache Cosseratspektrum für beschränkte Gebiete und Außengebiete und 1<q bestimmt. Es ist a = 1 Eigenwert unendlicher Vielfachheit und a = 2 Häufungspunkt von Eigenwerten endlicher Vielfachheit. Die Gebrüder Cosserat (1900) bestimmten das klassische Cosseratspektrum für spezielle Gebiete wie Kugel, Annulus und Ellipsoid. Allgemeine Resultate stammen von Mikhlin (1973), der das Cosseratspektrum im Fall n=3 und q=2 bestimmte, und Kozhevnikov (1993), der beschränkte Gebiete im Fall n=3 und q=2 behandelte. Kozhevnikovs Beweis beruht auf der Theorie der Pseudodifferentialoperatoren. Faierman, Fries, Mennicken und Möller (2000) führten einen direkten Beweis für beschränkte Gebiete, n>=2 und q=2. Michel Crouzeix gelang 1997 ein sehr einfacher Beweis für beschränkte Gebiete, n=2,3 und q=2. In dieser Arbeit wird die Beweisidee von Crouzeix aufgegriffen, und die obigen Resultate werden für beschränkte Gebiete und Außengebiete, n>=2 und 1<q gezeigt. Ein weiteres Resultat ist, dass die Eigenräume zu Eigenwerten a in R\{1,2} nicht von q abhängen. Für diese Eigenfunktionen existieren höhere (klassische) Ableitungen. Deshalb ist auch für das klassische Cosseratspektrum a =2 Häufungspunkt von Eigenwerten. a =1 ist auch klassisch immer ein Eigenwert. Aus der Lösung des Cosseratspektrums folgt als Anwendung ein Zusammenhang zwischen der Greenschen Funktion zum Laplace-Operator und dem reproduzierenden Kern in Bergman-Räumen.show moreshow less
In the present paper we consider the existence of non-trivial classical and weak $L^q$-solutions of the Cosserat spectrum $$ \Delta \U u = a \nabla \Div \U u, \qquad \U u \Big|_{\partial G}=0 $$ where G is a bounded or an exterior domain with sufficiently smooth boundary. This problem firstly was investigated by Eugene and Francois Cosserat. It is a special case of the Lame equation and describes the displacement of a homogeneous isotropic linear static elastic body without exterior forces. We cIn the present paper we consider the existence of non-trivial classical and weak $L^q$-solutions of the Cosserat spectrum $$ \Delta \U u = a \nabla \Div \U u, \qquad \U u \Big|_{\partial G}=0 $$ where G is a bounded or an exterior domain with sufficiently smooth boundary. This problem firstly was investigated by Eugene and Francois Cosserat. It is a special case of the Lame equation and describes the displacement of a homogeneous isotropic linear static elastic body without exterior forces. We can prove that a = 1 is an eigenvalue of infinite multiplicity and a = 2 is an accumulation point of eigenvalues of finite multiplicity. E. and F. Cosserat (1900) studied the classical Cosserat spectrum for certain types of domains like a ball, a spherical shell or an ellipsoid. General results are due to Mikhlin (1973), who investigated the Cosserat spectrum for n=3 and q=2, and Kozhevnikov (1993), who treated bounded domains in the case n=3 and q=2. Kozhevnikov's proof is based on the theory of pseudodifferential operators. Faierman, Fries, Mennicken and Möller (2000) gave a direct proof for bounded domains, n>=2 and q=2. Michel Crouzeix 1997 gave a simple proof for bounded domains, n=2,3 and q=2. In this paper we use the idea of Crouzeix to prove the results for bounded and exterior domains, n>=2 and 1<q. For the $L^q$-solutions of eigenvalues a in R\ {1,2} we can prove the existence of higher (classical) derivatives. Furthermore they do not depend on q. a =2 is an accumulation point of eigenvalues of the classical Cosserat spectrum, too, and a =1 is also a classical eigenvalue. As an approach we searched for a relationship of Green's function of the Laplacian to the reproducing kernel in Bergman spaces. We couldn't prove that directly. But after solving the Cosserat spectrum in another way we can prove the relationship indirectly.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Mathematik
Author: Stephan Weyers
Advisor:Prof. Dr. Christian G. Simader
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik
Date of final exam:24.03.2006
Year of Completion:2005
SWD-Keyword:Bergman-Raum; Eigenwertproblem; Elliptische Differentialgleichung; Green-Funktion; Lineares partielles Differentialgleichungssystem
Tag:Außengebiet; Cosserat; Regularität; Reproduzierender Kern
Cosserat; Exterior domains; Regularity; Reproducing Kernel
Dewey Decimal Classification:510 Mathematik
RVK - Regensburg Classification:SK 540
RVK - Regensburg Classification:SK 560
RVK - Regensburg Classification:SK 620
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-2213
Source:Analysis (München)
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):25.04.2006