A
A1) Lt(eitΦ(x)a(x))=1+t∣Φ′(x)∣21(eitΦ(x)a(x)−iΦ′(x)(eitΦ(x)a′(x)+itΦ′(x)eitΦ(x)a(x)))=a(x)eitΦ(x)−eitΦ(x)1+t∣Φ′(x)∣2iΦ′(x)a′(x),因此I(t)=I1(t)+∫RLt(eitΦ(x)a(x)).由分部积分,∫RLt(eitΦ(x)a(x))=I2(t).A2) 因 t>0, 有∣∣1+iΦ′′(x)−2i1+t∣Φ′(x)∣2t∣Φ′(x)∣2Φ′′(x)∣∣2≤1+∣Φ′′(x)∣2≤c021+c02Φ′′(x)2.取 a(x)=0 的连通分支 Ik, 其为 R 上开区间, 故至多可数个. 在每一连通分支 Ik 上都有I2(t)的积分项≤c01+c02∫Ik1+tΦ′(x)2Φ′′(x)∣a(x)∣dx≤c01+c02∫Ik1+tΦ′(x)2Φ′′(x)∫Ik∣a′(x)∣≤c0π1+c02∫Ik∣a′(x)∣.其中注意 1+tΦ′(x)2Φ′′(x) 的原函数为 t1arctan(tΦ′(x)). 对所有区间求和即得 I2(t)≤C1t1\ensuremath∥a′(x)∥L1.
A3) 由均值不等式 I1≤2t1\ensuremath∥a′(x)∥L1. 结合 A2) 即得.
A4) 对 x 分量做 Fourier 变换得∂tu^(t,ξ)−iξ3u^(t,ξ)=0.因此 u^t(ξ)=eiξ3u^0∈L1(Rξ). 注意 C 仅依赖于 c0, 甚至不依赖于 t,Φ,a.
设紧支光滑函数 χ 在 [−2,−21]∪[21,2] 上恒为 1, 则u^(t,ξ)=χeitξ3u^0(ξ),ut(x)=F−1(χ⋅eitξ3)∗u0.从而\ensuremath∥u(t)∥L∞≤\ensuremath∥∥F−1(χ⋅eitξ3)∥∥L∞⋅\ensuremath∥u0∥L1.而F−1(χ⋅eitξ3)=∫Reitξ3+iξ⋅xχ(ξ)dξ.取 Φ(ξ)=ξ3+tξx, 使用 A3) 的结论即得所需估计.
A5) 同上的论证表明\ensuremath∥u(t)∥L∞≤tC\ensuremath∥u0∥L1.而 \ensuremath∥u^t∥L2=\ensuremath∥u^0∥L2, 故 \ensuremath∥u∥L2=\ensuremath∥u0∥L2. 根据 Lp 插值, \ensuremath∥u(t)∥Lp≤t2pp−2Cpp−2∣u0∣Lp′.
B
B1) 由对称性不妨设 x≥0,gλ(x)=2π1∫Rλ−iξ21eixξdξ.取上半圆弧做留数定理, 极点为 λei43π, 是单极点. 计算得gλ(x)=22λ1+ie−2λ(1+i)∣x∣.B2) 存在性: 取 u=gλ∗f, 其中 gλ∈L1, 故 u∈Lp, 且 u′′=gλ∗f′′∈Lp. 做 Fourier 变换知 (A+λ)u=f.
唯一性: 设 u∈D(A) 使得 Au+λu=0. 根据 Riesz–Thorin 插值定理, 对 1≤p≤2, Fourier 变换将 Lp 送到 Lp′, 从而是几乎处处定义的函数. 但(λ−iξ2)u^=0,因而 u^=0, 进而 u=0.
B3)\ensuremath∥gλ(x)∥L1=∫R2λ1e−2λ∣x∣=λ2.算子 (A+λ)−1 即为与 gλ 做卷积.
L1:\ensuremath∥gλ∗f∥L1≤\ensuremath∥g∥L1⋅\ensuremath∥f∥L1,取 χϵ=ϵ1χ(x/ϵ), 则 gλ∗χϵ→L1g, 故算子范数为 λ2.
L2: 显然 gλ∈L2. 作 Fourier 变换, 算子范数相当于乘积算子 λ−iξ21:L2→L2 的算子范数, 为 λ1.
B4) 对 1≤p≤2, 设 θ∈[0,1] 使得p1=21−θ+1θ,根据 Riesz–Thorin 定理,\ensuremath∥∥(A+λ)−1∥∥Lp≤\ensuremath∥∥(A+λ)−1∥∥L21−θ\ensuremath∥∥(A+λ)−1∥∥L1θ=λ2θ/2.对 p<2, 有 2θ/2>1, 不能使用 Hille–Yosida.
B5) \ensuremath∥fa∥Lpp=∫Re−pax2dx=apπ.令 u(t,x)=S(t)fa, 则对 t≥0,x∈R,∂tu+i∂x2u=0.做 Fourier 变换有∂tu^−iξ2u^=0,其中 u^∈Lp′. 从而 u^=eitξ2fa(ξ),u(t,x)=F−1(eitξ2)∗fa(x)=2πt1e−4tix2+4iπ∗e−ax2=2πt1∫Re−4tiy2+4iπ⋅e−a(x−y)2dy=1−4ati1e−a1+16a2t21+4aitx2.因而\ensuremath∥u∥Lpp=(1+16a2t2)−4p∫Re−1+16a2t2pax2dx=paπ(1+16a2t2)21−4p.B6) a→∞lim\ensuremath∥fa∥Lp\ensuremath∥S(t)fa∥Lp=a→∞lim(1+16a2t2)4p2−p→∞.故不能生成半群.