Статьи
Асимптотика спектра смешанной краевой задачи для оператора Лапласа в тонкой веретенообразной области
С. А. Назаровab,
Я. Таскиненc a Математико-механический факультет, С.-Петербургский государственный университет, Университетская набережная, 7/9, 199034 Санкт-Петербург, Россия
b Институт Проблем Машиноведения РАН, Большой проспект, В.О., 61, 199178, Санкт-Петербург, Россия
c Departament of Mathematics and Statistics, University of Helsinki, P.O. Box 68, 00014, Helsinki, Finland
Аннотация:
Изучена асимптотика решений спектральной задачи для оператора Лапласа в
$d$-мерной тонкой, диаметром
$O(h)$, веретенообразной области
$\Omega^h$ с условием Дирихле на малых, размером
$h\ll1$, концевых конических зонах
$\Gamma^h_\pm$ и условием Неймана на остальной части границы
$\partial \Omega^h$. В пределе при
$h\rightarrow+0$ появляется обыкновенное дифференциальное уравнение на оси веретена
$(-1,1)\ni z$ с коэффициентом, вырождающимся в точках
$z=\pm1$, причем без краевых условий, так как требование ограниченности собственной функции делает предельную спектральную задачу корректной. Выведятся оценки погрешностей одномерной модели, но приходится в случае
$d=3$ строить пограничные слои около множеств
$\Gamma^h_\pm$, а в случае
$d=2$ — производить самосопряженное расширение оператора. Параметры расширения линейно зависят от
$\ln h$, а его собственные числа суть аналитические функции переменной
$1/|\ln h|$. В итоге во всех размерностях одномерная модель приобретает степенную точность
$O(h^{\delta_d})$ с показателем
$\delta_d>0$. В особой обработке нуждаются первые (наименьшие) собственные числа — положительное в
$\Omega^h$ и нулевое на
$(-1,1)$. Также обсуждаются полные асимптотические ряды, статическая задача (без спектрального параметра) и родственные формы тонкой области.
Ключевые слова:
тонкая веретенообразная область, оператор Лапласа, асимптотика собственных чисел, пограничный слой, самосопряженные расширения. Поступила в редакцию: 14.04.2020