Calcolo delle Variazioni A

2021-2022

Università di Pisa


Questo corso è dedicato alla teoria della regolarità delle equazioni ellittiche e sarà organizzato attorno ai seguenti tre argomenti principali:
      • il teorema di De Giorgi;
      • le stime C1,α di Schauder all'interno e fino al bordo;
      • la disuguaglianza di Harnack al bordo (Boundary Harnack Principle).

Esame


Domande per l'esame.

Orario


Prima lezione: lunedì 28/2/2022, dalle 09:00 alle 10:45 in aula Fib G.


Orario delle lezioni: lunedì 09:15-10:45 in aula G; giovedì 18:15-19:45 in aula P1.


Gruppo Teams del corso - 096AA 21/22 - CALCOLO DELLE VARIAZIONI A


Ricevimento: venerdì 17:00-18:00 sul gruppo teams.

Programma


Capitolo 1. Continuità delle soluzioni.

Spazi di Sobolev, formulazione debole di problemi ellittici, teoremi di confronto. Esistenza di soluzioni deboli in domini limitati. Principio del massimo debole e teoremi di confronto. Parte positiva e modulo di una funzione di Sobolev. Iterazione di De Giorgi e limitatezza delle soluzioni. Limitatezza delle autofunzioni del Laplaciano con condizioni di Dirichlet. Soprasoluzioni e sottosoluzioni. Teorema della media. Continuità Hölder via la proprietà della media. Continuità Hölder fino al bordo via la proprietà della media. Operatori ellittici in forma di divergenza. Disuguaglianza di Caccioppoli. Decadimento dell'oscillazione e continuità Hölder. Teorema di De Giorgi.


Capitolo 2. Stime di Schauder.

Continuità Lipschitz delle soluzioni all'interno e fino al bordo. Spazi di Sobolev sulla sfera unitaria. Formula di Weiss. Disuguaglianza epiperimetrica. Regolarità C1,α delle soluzioni all'interno e fino al bordo.


Capitolo 3. Funzioni armoniche.

Stima del gradiente per le funzioni armoniche e teorema di Liouville. Funzioni armoniche in senso di viscosità. Formula di Poisson. Stima del gradiente. Regolarità Lipschitz fino al bordo e bounded slope condition. Principio del massimo di Hopf. Funzioni armoniche in domini con angoli. Boundary Harnack Principle in domini lipschitziani.

Dispense


Capitolo 1. Parte 1. Soluzioni deboli con dato nullo al bordo


Capitolo 1. Parte 2. Iterazione di De Giorgi e limitatezza delle soluzioni


            Capitolo 1. Parte 2A. Spazi di Sobolev. Parte positiva di una funzione


Capitolo 1. Parte 3. Limitatezza delle autofunzioni del Laplaciano di Dirichlet


Capitolo 1. Parte 4. Una caratterizzazione degli spazi di Sobolev su domini aperti


Capitolo 1. Parte 5. Teorema della media per soprasoluzioni e sottosoluzioni.


            Capitolo 1. Parte 5A. Funzioni armoniche. Regolarità all'interno


Capitolo 1. Parte 6. Regolarità Hölder interna via la proprietà della media


Capitolo 1. Parte 7. Regolarità Hölder al bordo via la proprietà della media


Capitolo 1. Parte 8. Teorema di De Giorgi


            Capitolo 1. Parte 8A. Oscillazione e continuità Holder


            Capitolo 1. Parte 8B. Funzioni armoniche. Disuguaglianza di Harnack


Capitolo 1. Parte 9. Funzioni armoniche. Esistenza e principio del massimo debole.


            Capitolo 1. Parte 9A. Spazi di Sobolev. Inf e sup di due funzioni


            Capitolo 1. Parte 9B. Funzioni armoniche. Un'identità importante


Capitolo 1. Parte 10. Esempio di una funzione armonica con dato Lipschitz al bordo


            Capitolo 1. Parte 10A. Funzioni armoniche. Principio del massimo forte


            Capitolo 1. Parte 10B. Funzioni armoniche. Barriere dal basso e Hopf


Capitolo 1. Parte 11. Cambiamento delle variabili e regolarità fino al bordo come conseguenza della regolarità all'interno.


            Capitolo 1. Parte 11A. Spazi di Sobolev. Funzioni Lipschitziane.


Capitolo 2. Parte 1. Cambiamento delle variabili nel teorema di Schauder.


Capitolo 2. Parte 2. Continuità Lipschitz delle soluzioni.


            Capitolo 2. Parte 2A. Funzioni armoniche. Formula di Bochner.


            Capitolo 2. Parte 2B. Funzioni armoniche. Stima del gradiente e Liouville.


            Capitolo 2. Parte 2C. Funzioni armoniche. Bounded slope condition.


Capitolo 2. Parte 3. Successioni e limiti di blow-up.


Capitolo 2. Parte 4. Unicità del blow-up e differenziabilità delle soluzioni.


Capitolo 2. Parte 5. Regolarità Hölder del gradiente.


Capitolo 2. Parte 6. Spazi di Sobolev sulla sfera.


Capitolo 2. Parte 7. Formula di Weiss.


Capitolo 2. Parte 8. Disuguaglianza epiperimetrica.


Capitolo 2. Parte 9. Regolarità del gradiente via la disuguaglianza epiperimetrica.


Capitolo 2. Parte 10. Teorema di Schauder di ordine superiore.


Capitolo 3. Parte 1. Teorema di Serrin.


            Capitolo 3. Parte 1A. La funzione torsione su domini convessi.


Capitolo 3. Parte 2. Funzioni armoniche in domini con angolo.


            Capitolo 3. Parte 2A. Principio di massimo di Hopf.


Capitolo 3. Parte 3. Boundary Harnack Inequality.


Capitolo 3. Parte 4. Boundary Harnack Principle.

Registro
delle lezioni


Lezione 1 - lunedì 28/02/2022, dalle 09:00 alle 11:00. Introduzione al corso. Formulazione debole e formulazione variazionale del problema di Poisson su un dominio aperto e limitato. Limitatezza delle soluzioni.
Dispense: Capitolo 1. Parte 1, Parte 2.


Lezione 2 - giovedì 03/03/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Stime L2 - L-infinito per le soluzioni del problema di Poisson. Stime L-infinito per le autofunzioni del Laplaciano di Dirichlet. Regolarità Hölder all'interno e fino al bordo delle soluzioni del problema di Poisson - enunciato. Una caratterizzazione degli spazi di Sobolev in domini aperti con stima di densità esterna.
Dispense: Capitolo 1. Parte 2, Parte 3, Parte 4.


Lezione 3 - lunedì 07/03/2022, dalle 09:00 alle 11:00. Teorema della media per soprasoluzioni e sottosoluzioni. Definizione puntuale delle soprasoluzioni e le sottosoluzioni. Continuità Hölder all'interno via la proprietà della media. Stima Hölder fino al bordo via la proprietà della media.
Dispense: Capitolo 1. Parte 5, Parte 6, Parte 7.


Lezione 4 - giovedì 10/03/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Continuità Hölder fino al bordo via la proprietà della media - conclusione. Problemi ellittici in forma di divergenza. Disuguaglianza di Caccioppoli. Teorema di De Giorgi (Parte 1): stima L-infinito - L2.
Dispense: Capitolo 1. Parte 7, Parte 8.


Lezione 5 - lunedì 14/03/2022, dalle 9:00 alle 11:00. Teorema di De Giorgi (Parte 2): conclusione.
Dispense: Capitolo 1. Parte 8.


Lezione 6 - giovedì 17/03/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Funzioni armoniche in domini limitati: esistenza, formulazioni debole e variazionale, principio del massimo debole. Esempio di una funzione armonica in un dominio regolare, con dato Lipschitz al bordo che non è lipschitziana fino al bordo.
Dispense: Capitolo 1. Parte 9, Parte 10.


Lezione 7 - lunedì 21/03/2022, dalle 9:00 alle 11:00. Esempi di funzioni armoniche omogenee in coordinate polari. Regolarità Holder delle funzioni armoniche in domini lipschitziani con dato Lipschitz al bordo. Cambiamento delle variabili per operatori in forma di divergenza. Teorema di Schauder - enunciato.
Dispense: Capitolo 1. Parte 11. Capitolo 2. Parte 1.


Lezione 8 - giovedì 24/03/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Regolarità Lipschitz delle soluzioni di operatori in forma divergenza con coefficienti Holder. Le funzioni Sobolev con gradiente (debole) limitato sono Lipschitz. Confronto dell'energia della soluzione con l'energia dell'estensione armonica. Formula di Bochner per le funzioni armoniche. Stima iterativa per la media del gradiente.
Dispense: Capitolo 2. Parte 1, Parte 2, 2A.


Lezione 9 - lunedì 28/03/2022, dalle 9:00 alle 11:00. Regolarità Lipschitz delle soluzioni di operatori in forma divergenza con coefficienti Holder - conclusione. Regolarità Lipschitz fino al bordo. Stima del gradiente per le funzioni armoniche. Bounded slope condition.
Dispense: Capitolo 2. Parte 2, 2B, 2C.


Lezione 10 - giovedì 31/03/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Successioni e limiti di blow-up. Convergenza uniforme e debole delle successioni di blow-up. I limiti di blow-up sono funzioni armoniche. Teorema di Liouville per le funzioni armoniche. I limiti di blow-up sono funzioni lineari. Convergenza forte delle successioni di blow-up. Unicità del blow-up.
Dispense: Capitolo 2. Parte 3, Parte 4.


Lezione 11 - lunedì 04/04/2022, dalle 9:00 alle 11:00. Continuità e regolarità Holder del gradiente. Eccesso L2 del gradiente - stima dell'eccesso per le funzioni armoniche e per soluzioni di problemi in forma divergenza.
Dispense: Capitolo 2. Parte 5.


Lezione 12 - giovedì 07/04/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Formula di monotonia di Weiss. Gradiente tangenziale e spazi di Sobolev sulla sfera.
Dispense: Capitolo 2. Parte 6, Parte 7.


Lezione 13 - lunedì 11/04/2022, dalle 9:00 alle 11:00. Funzioni armoniche omogenee. Armoniche sferiche. Disuguaglianza epiperimetrica.
Dispense: Capitolo 2. Parte 6, Parte 8.


Lezione 14 - giovedì 14/04/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Dimostrazione del teorema di Schauder con la disuguaglianza epiperimetrica. Stime di Schauder di ordine superiore. Applicazione del teorema di De Giorgi e le stime di Schauder alla regolarità delle soluzioni di problemi variazionali.
Dispense: Capitolo 2. Parte 9, Parte 10.


Lezione 15 - giovedì 28/04/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Teorema di Serrin
Dispense: Capitolo 3. Parte 1.


Lezione 16 - lunedì 02/05/2022, dalle 9:00 alle 11:00. Principio di massimo di Hopf in domini C1,a. Comportamento asintotico delle funzioni armoniche in domini con angolo e C1,a a tratti nel piano. Principio di Harnack al bordo di un dominio C1,a. Principio di Harnack al bordo di un dominio C1,a a tratti nel piano. Principio di Harnack al bordo di un dominio Lipshitz - enunciato. Disuguaglianza di Harnack al bordo di un dominio Lipshitz - enunciato. La disuguaglianza di Harnack implica il principio di Harnack.
Dispense: Capitolo 3. Parte 2, Parte 2A, Parte 4.


Lezione 17 - giovedì 05/05/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Disuguaglianza di Harnack al bordo di un dominio Lipshitz.
Dispense: Capitolo 3. Parte 3.


Lezione 18 - lunedì 09/05/2022, dalle 9:00 alle 11:00. Disuguaglianza di Harnack al bordo di un dominio Lipshitz - stima L-epsilon - L-infinito. Problema dell'ostacolo. Esistenza, unicità e subarmonicità delle soluzioni.
Dispense: Capitolo 3. Parte 3.


Lezione 19 - giovedì 12/05/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Problema dell'ostacolo. Esempi. Regolarità ottimale delle soluzioni. Continuità delle soluzioni. Comportamento delle soluzioni vicino alla frontiera libera. Regolarità C-1,1 delle soluzioni. Successioni e limiti di blow-up.


Lezione 20 - lunedì 16/05/2022, dalle 9:00 alle 11:00. Formula di Weiss e l'omogeneità dei blow-up. Convessità delle soluzioni globali 2-omogenee. Classificazione dei blow-up. Decomposizione della frontiera in parte regolare e parte singolare.


Lezione 21 - giovedì 19/05/2022, dalle 18:00 alle 20:00. Decomposizione della frontiera in parte regolare e parte singolare secondo la formula di monotonia di Weiss. La parte singolare è un insieme chiuso. Formula di Monneau. Unicità del blow-up nei punti singolari. Regolarità della parte regolare via la disuguaglianza epiperimetrica.

Bozhidar Velichkov

bozhidar.velichkov[chiocciola]unipi.it