我们学习的时间演化自由边界平面流动的粘性流体在Hele-Shaw细胞注入。理论的应用方法单价的函数,我们证明时间的不变性
Φ
样式属性(几何属性包括starlikeness和spiral-likeness)两个基本例:内部问题和外部问题。我们研究两个零,零表面张力模型。某些特定的情况下。
1。介绍 自由边界的时间演化的粘性流体平面流在Hele-Shaw细胞注入被许多作者研究。通过使用单价的方法函数理论,他们证明了某些几何性质(如starlikeness和定向凸性)保存在时间<一个href="#B5">1一个>- - - - - -<一个href="#B15">6一个>]。在本文中,我们继续研究证明另一个几何性质的时间不变性:
Φ
相似。
在论文的第一部分,我们需要审查的主要结果。我们首先给出基本概念的关于有界的情况。
在这种情况下,我们研究粘性流体的流动在一个平面Hele-Shaw细胞注入通过(持续的力量源泉
,
<
0
在注射),坐落在原点。假设在初始时刻的域
Ω
(
0
)
被液体是单连通的,有限的分析和光滑的曲线
Γ
(
0
)
=
Ω
(
0
)
。通过使用众所周知的黎曼映射定理,域
Ω
(
)
(被液体
)可以被描述为一个单叶函数
(
,
)
单位圆的
=
{
∶
|
|
<
1
}
到
Ω
(
)
归一化的
(
0
,
)
=
0
,
′
(
0
,
)
>
0
。我们表示
Γ
(
)
=
Ω
(
)
。这个函数
(
,
0
)
=
0
(
)
产生一个参数化的
Γ
0
=
{
0
(
)
,
∈
(
0
,
2
)
}
和移动边界的参数化
Γ
(
)
=
{
(
,
)
,
∈
(
0
,
2
)
}
。
满足方程的自由边界首次导出了Galin [<一个href="#B2">7一个>]和Polubarinova-Kochina [<一个href="#B8">8一个>,9一个>]:
̇
R
e
(
,
)
(
,
)
=
−
2
,
=
(
1
。
1
)
(在前面的平等我们使用符号:
=
/
,
̇
=
/
)。
经典解决方案的区间
(
0
,
)
是一个函数
(
,
)
,
∈
(
0
,
)
,这是单价的
和
1
关于
在
(
0
,
)
。众所周知,,从一个分析和光滑的边界
Γ
(
0
)
经典解决方案并在本地是独一无二的存在于时间(见[<一个href="#B16">10一个>];看到如(<一个href="#B4">11一个>,第1章)。请注意,
被称为<我>充气时间我>。
在注入的问题
(
<
0
)
的液体变成一个有界单连通和较小的表面张力
>
0
,Polubarinova-Galin方程(<一个href="#B15">6一个>)的形式:
̇
R
e
(
,
)
(
,
)
=
−
2
+
,
(
)
,
=
,
(
1
。
2
)
在哪里
(
,
)
=
(
1
/
|
(
,
)
|
)
R
e
(
1
+
(
(
,
)
/
(
,
)
)
)
,
∈
(
0
,
2
)
和希尔伯特变换(<一个href="#EEq1.2">1.2一个>)是由
∫
(
1
/
)
P
。
V
。
0
2
Φ
(
′
)
/
(
1
−
(
−
′
)
)
=
(
Φ
]
(
)
。
我们提到以下技术成果:
(
/
)
(
,
)
=
−
我
米
(
2
(
,
)
)
/
|
(
,
)
|
在哪里
Schwarzian导数由吗
(
)
=
(
(
,
)
/
(
,
)
)
−
(
1
/
2
)
(
(
,
)
/
(
,
)
)
2
和
,
(
)
=
−
我
米
2
|
|
|
|
(
]
=
(
)
,
(
1
。
3
)
在哪里
1
(
)
=
|
|
|
|
(
)
R
e
2
2
(
)
+
(
)
(
)
−
(
)
(
)
(
)
(
)
+
我
米
(
)
(
)
我
米
2
。
(
)
(
1
。
4
)
无限域与有界的情况下补充可以看作是动态以来Hele-Shaw细胞收缩泡沫流体占据了一个附近的无穷和注入(持续的力量
<
0
)是应该发生在无穷。再一次,我们表示
Ω
(
)
域的流体
,
Γ
(
)
=
Ω
(
)
。通过使用黎曼映射定理,域
Ω
(
)
可以被描述为单叶函数
(
,
)
从单位的外部磁盘
−
=
{
∣
|
|
>
1
}
到
Ω
(
)
,
(
,
)
=
+
0
+
1
/
+
⋯
,
>
0
。
满足方程的自由边界(<一个href="#B13">4一个>,6一个>]
̇
R
e
(
,
)
=
(
,
)
2
,
=
(
1
。
5
)
为零和表面张力模型
̇
R
e
(
,
)
=
(
,
)
2
−
,
(
)
,
=
(
1
。
6
)
小的表面张力模型。
2。内部问题(有限域) 在本节中,我们获得时间的不变性
Φ
样式属性的内在问题。从最初的有限域
Ω
(
0
)
这是
Φ
例如,我们证明在每个时刻
∈
(
0
,
)
域
Ω
(
)
是
Φ
——(表面张力为零,零模型)。
定义2.1。我> 让
是一个全纯函数
这样
(
0
)
=
0
和
′
(
0
)
≠
0
。让
Φ
是一个全纯函数
(
)
这样
Φ
(
0
)
=
0
和
R
e
Φ
′
(
0
)
>
0
。我们说
是
Φ
例如在
(或
Φ
——如果
R
e
′
(
)
Φ
(
(
)
)
>
0
,
f
o
r
e
一个
c
h
∈
。
(
2
。
1
)
我们的话,
Φ
——函数是单价的。事实上,任何单价的函数
Φ
例如对于一些
Φ
。
2.2的话。我> (一)的概念
Φ
肖像Brickman于1973年被引入和研究[<一个href="#B1">12一个>)和概括的概念starlikeness spiral-likeness。这一概念的应用研究的单价可能会发现在<一个href="#B3">13一个>]。(b)如果
Φ
(
)
=
在上面的定义中,
是星形的。(c)如果
Φ
(
)
=
和
R
e
>
0
,然后
是spiral-like类型的
−
一个
r
g
。
我们重申,一个全纯函数
在
这样
(
0
)
=
0
和
′
(
0
)
≠
0
据说spiral-like类型的吗
∈
(
−
/
2
,
/
2
)
如果
R
e
(
′
(
)
/
(
)
)
>
0
,
∈
(<一个href="#B3">13一个>,14一个>]。
下面的结果是一个概括的<一个href="#B5">1一个>定理1)的情况下
Φ
——功能。提到定理可能获得通过
Φ
(
)
≡
在定理<一个href="#thm2.3">2。3一个>在下面。
定理2.3。
让
<
0
和
0
是一个函数
Φ
例如在
和单价的
。让
(
,
)
的经典解决方案Polubarinova-Galin方程(<一个href="#EEq1.1">1.1一个>与初始条件)
(
,
0
)
=
0
(
)
。也让
⋃
Ω
=
0
≤
<
⋃
Ω
(
)
=
0
≤
<
(
,
)
,在那里
充气时间。如果
Φ
全纯在
Ω
和满足条件我>
R
e
Φ
′
(
)
>
0
,
∀
∈
Ω
,
(
2
。
2
)
然后
(
,
)
是
Φ
像
∈
(
0
,
)
。我>
证明。我> 考虑到所有的功能
(
,
)
分析单价的扩展吗
为每一个
∈
(
0
,
)
结果他们的衍生品
′
(
,
)
是连续的,不消失
,我们可以替换为“≥”定义的不平等(<一个href="#EEq2.1">2。1一个>)
Φ
式函数。的平等只能获得
|
|
=
1
。我们假设相反,定理的结论<一个href="#thm2.3">2。3一个>是不正确的。然后存在
0
≥
0
和
0
=
0
这样
一个
r
g
(
0
(
0
,
0
)
/
Φ
(
(
0
,
0
)
)
)
=
/
2
(
o
r
−
/
2
)
,相当于
R
e
0
′
0
,
0
Φ
0
,
0
=
0
,
我
米
0
′
0
,
0
Φ
0
,
0
≠
0
,
(
2
。
3
)
对于每个
>
0
,有
>
0
和
∈
(
0
−
,
0
+
)
这样
一个
r
g
,
Φ
≥
,
2
o
r
≤
−
2
。
(
2
。
4
)
让
0
是第一个这样的点,
0
∈
(
0
,
)
。不失一般性,我们假设
我
米
0
0
,
0
Φ
0
,
0
>
0
。
(
2
。
5
)
事实上,
(
1
,
0
)
是一个函数的最大值点
(
,
)
=
一个
r
g
(
(
,
0
)
/
Φ
(
(
,
0
)
)
)
,在那里
∈
(
0
,
1
]
,
∈
(
0
,
2
]
。因此,
(
/
)
(
1
,
0
)
=
0
和
(
/
)
(
1
,
0
)
≥
0
(平稳性条件在一个区间的端点),结果我们获得
R
e
1
+
0
0
,
0
0
,
0
−
Φ
0
,
0
0
0
,
0
Φ
0
,
0
=
0
,
(
2
。
6
)
我
米
1
+
0
0
,
0
0
,
0
−
Φ
0
,
0
0
0
,
0
Φ
0
,
0
≥
0
。
(
2
。
7
)
通过简单的计算,我们得到的
一个
r
g
(
,
)
Φ
(
(
,
)
)
=
我
米
(
/
)
(
,
)
−
Φ
(
,
)
(
(
,
)
)
(
/
)
(
,
)
Φ
(
(
,
)
)
。
(
2
。
8
)
通过区分Polubarinova-Galin方程对
,我们获得
我
米
(
(
/
)
(
,
)
(
,
)
−
(
,
)
(
/
)
(
,
)
−
2
(
,
)
(
/
)
(
,
)
)
=
0
为
=
。前面的平等收益率以下关系:
|
|
|
|
(
,
)
2
我
米
(
/
)
′
(
,
)
−
Φ
′
(
,
)
(
(
,
)
)
⋅
(
/
)
(
,
)
Φ
(
(
,
)
)
=
我
米
̇
(
,
)
(
,
)
1
+
(
,
)
−
Φ
(
,
)
(
(
,
)
)
⋅
′
(
,
)
。
Φ
(
(
,
)
)
(
2
。
9
)
如果我们用(<一个href="#EEq2.6">2。6一个>),(2。7一个>),(2。8一个>)和(<一个href="#EEq1.1">1.1一个>)在上面的表达式和替换
通过
0
和
通过
0
,我们获得
一个
r
g
(
,
)
|
|
|
|
Φ
(
(
,
)
)
=
0
,
=
0
=
|
|
2
(
0
,
0
)
|
|
2
我
米
0
0
,
0
0
,
0
−
Φ
0
,
0
0
0
,
0
Φ
0
,
0
+
2
R
e
Φ
0
,
0
我
米
0
0
,
0
Φ
0
,
0
<
0
,
(
2
。
1
0
)
由于(<一个href="#EEq2.2">2。2一个>),(2。3一个>)和(<一个href="#EEq2.5">2。5一个>)。最后,我们得到
(
/
)
一个
r
g
(
(
,
)
/
Φ
(
(
,
)
)
)
|
=
0
,
=
0
<
0
。因此,
一个
r
g
(
(
,
)
/
Φ
(
(
,
)
)
)
<
/
2
,因为
>
0
(接近
0
在某些地段)
0
。这与假设(<一个href="#EEq2.4">2。4一个>),完成了证明。
如果在前面的定理,我们
Φ
(
)
≡
−
,
∈
(
−
/
2
,
/
2
)
;然后我们得到下面的推论。
推论2.4。
让
<
0
,让
0
是一个函数的spiral-like类型
∈
(
−
/
2
,
/
2
)
在
和单价的
。然后Polubarinova-Galin方程的经典解决方案(<一个href="#EEq1.1">1.1一个>与初始条件)
(
,
0
)
=
0
(
)
是spiral-like类型的
为
∈
(
0
,
)
,在那里
充气时间。我>
下面的结果是一个概括的<一个href="#B15">6一个>定理1)的情况下
Φ
——功能。提到定理可能获得通过
Φ
(
)
≡
在定理<一个href="#thm2.5">2。5一个>在下面。
定理2.5。让
<
0
和表面张力
是足够小。如果
0
是一个函数
Φ
例如在
和单价的
,然后存在
(
)
≤
这样经典的解决方案
(
,
)
(<一个href="#EEq1.2">1.2一个>与初始条件)
(
,
0
)
=
0
(
)
是
Φ
式为
∈
(
0
,
(
)
)
,在那里
充气时间,
⋃
Ω
=
0
≤
<
(
)
⋃
Ω
(
)
=
0
≤
<
(
)
(
,
)
,
Φ
是一个全纯函数
Ω
满足条件(<一个href="#EEq2.2">2。2一个>)。我>
证明。我> 如果我们考虑
的关闭
,然后的不等号(<一个href="#EEq2.1">2。1一个>)可以取代“≥”可以获得平等的地方
|
|
=
1
。相反,假设定理的结论<一个href="#thm2.5">2。5一个>是不正确的。然后存在
0
≥
0
和
0
=
0
这样,(<一个href="#EEq2.3">2。3一个>),(2。4一个>),(2。5一个>),(2。6一个>)和(<一个href="#EEq2.6">2。7一个>)是正确的。与此同时,平等(<一个href="#EEq2.8">2。8一个>)是实现。通过区分Polubarinova-Galin方程(<一个href="#EEq1.2">1.2一个>)对
,我们获得
我
米
(
,
)
(
,
)
−
(
,
)
(
,
)
−
2
(
,
)
(
]
(
,
)
=
(
)
,
(
2
。
1
1
)
为
=
。前面的平等相当于以下:
|
|
|
|
(
,
)
2
我
米
(
/
)
(
,
)
−
(
,
)
Φ
(
(
,
)
)
(
/
)
(
,
)
|
|
|
|
Φ
(
(
,
)
)
=
0
=
0
,
=
0
=
2
−
×
,
我
米
−
Φ
(
)
Φ
(
)
+
2
R
e
Φ
(
)
我
米
|
|
|
|
Φ
(
)
=
0
,
=
0
,
=
0
(
]
−
(
)
∣
=
0
,
=
0
,
=
0
。
(
2
。
1
2
)
这个等式的右边是严格-小
因为(<一个href="#EEq2.5">2。5一个>),(2。7一个>),这一事实
R
e
Φ
(
)
>
0
。通过使用(<一个href="#EEq2.8">2。8一个>),我们获得
一个
r
g
(
(
,
)
/
Φ
(
(
,
)
)
)
<
/
2
为
>
0
(接近
0
)在附近
0
。这是在矛盾与我们的假设和证明。
2.6的话。我> 让
<
0
,让
0
是一个函数
Φ
例如在
和单价的
。如果
0
满足条件(<一个href="#EEq2.1">2。1一个>)为每一个
∈
,然后存在表面张力
(这取决于
0
)足够小,
(
)
≤
这样经典的解决方案
(
,
)
(<一个href="#EEq1.2">1.2一个>与初始条件)
(
,
0
)
=
0
(
)
是
Φ
式为
∈
(
0
,
(
)
)
,在那里
充气时间。
证明。我> 结论是直接从古典解的光滑性(<一个href="#EEq1.1">1.1一个>)。
如果
Φ
(
)
≡
−
在定理<一个href="#thm2.5">2。5一个>,在那里
∈
(
−
/
2
,
/
2
)
,我们获得以下推论:
推论2.7。让
<
0
和表面张力
是足够小。如果
0
是一个函数的spiral-like类型
∈
(
−
/
2
,
/
2
)
在
和单价的
,然后存在
(
)
≤
这样经典的解决方案
(
,
)
(<一个href="#EEq1.2">1.2一个>与初始条件)
(
,
0
)
=
0
(
)
是spiral-like类型的
为
∈
(
0
,
(
)
)
,在那里
充气时间。我>
3所示。外部问题(无限域界补充) 在本节中,我们获得的不变性时间相同的几何属性(用
Φ
)外的问题。
定义3.1。我> 让
是一个全纯函数
−
=
{
∣
|
|
>
1
}
这样
(
)
=
+
0
+
−
1
/
+
⋯
,在那里
≠
0
。让
Φ
是一个全纯函数
(
−
)
这样
l
我
米
→
∞
Φ
(
)
=
∞
和
l
我
米
→
∞
Φ
(
)
>
0
。我们说
是
Φ
例如在
−
如果
R
e
(
)
Φ
(
(
)
)
>
0
,
∈
−
。
(
3
。
1
)
3.2的话。我> (一)如果
是一个
Φ
——功能
−
,那么这个函数
∶
→
给出的
(
)
=
1
/
(
1
/
)
,
≠
0
,
(
0
)
=
0
,是
Φ
例如在
,在那里
Φ
∶
(
)
→
,
Φ
(
)
=
2
Φ
(
1
/
)
,尽管
∈
(
)
⧵
{
0
}
和
Φ
(
0
)
=
0
。(b)如果
是一个
Φ
——功能
,那么这个函数
∶
−
→
,
(
)
=
1
/
(
1
/
)
是
Φ
例如在
−
,在那里
Φ
∶
(
−
)
→
,
Φ
(
)
=
2
Φ
(
1
/
)
,尽管
∈
(
−
)
。(c)任何
Φ
——全纯函数
在
−
是单价的
−
。
证明。我> 这句话可以通过简单的计算和证明,因此,留给了读者。
下面的结果是一个概括的<一个href="#B14">5一个>定理3)。提到定理可能获得通过
Φ
(
)
≡
在定理<一个href="#thm3.3">3.3一个>在下面。
定理3.3。让
0
是一个函数
Φ
例如在
−
和单价的
−
。那么解决方案
(
,
)
Polubarinova-Galin方程(<一个href="#EEq1.4">1.5一个>与初始条件)
(
,
0
)
=
0
(
)
是
Φ
式为
∈
(
0
,
)
,在那里
充气时间,
⋃
Ω
=
0
≤
<
⋃
Ω
(
)
=
0
≤
<
(
−
,
)
,
Φ
是一个全纯函数
Ω
满足下列条件:我>
R
e
Φ
(
)
Φ
>
0
,
R
e
(
)
<
2
R
e
Φ
(
)
,
∀
∈
Ω
。
(
3
。
2
)
证明。我> 通过考虑函数
(
,
)
=
1
/
(
1
/
,
)
Polubarinova-Galin方程(<一个href="#EEq1.4">1.5一个>)可以改写的
如下:
̇
R
e
(
,
)
|
|
|
|
(
,
)
=
−
(
,
)
4
,
|
|
|
|
2
=
1
。
(
3
。
3
)
由于前面的话,函数
(
,
)
,
∈
−
,是
Φ
例如当且仅当
(
,
)
,
∈
,是
Φ
例如,之间的关系
Φ
和
Φ
是
Φ
(
)
=
2
Φ
(
1
/
)
,尽管
∈
(
−
)
(
o
r
Φ
(
)
=
2
Φ
(
1
/
)
,尽管
∈
(
)
)
。因此,它可以证明的功能
(
,
)
是
Φ
式为
∈
(
0
,
)
。假设相反,前面的表述是不正确的。然后存在
0
≥
0
和
0
=
0
这样,(<一个href="#EEq2.3">2。3一个>),(2。4一个>),(2。5一个>),(2。6一个>)和(<一个href="#EEq2.6">2。7一个>)是正确的。与此同时,平等(<一个href="#EEq2.8">2。8一个>)是实现。我们必须确定函数的符号
(
/
)
一个
r
g
(
(
,
)
/
Φ
(
(
,
)
)
)
在点
(
0
,
0
)
。通过区分(<一个href="#EEq3.3">3.3一个>)和使用(<一个href="#EEq2.6">2。6一个>),(2。8一个>)和(<一个href="#EEq3.3">3.3一个>),我们得到
一个
r
g
′
(
,
)
|
|
|
|
Φ
(
(
,
)
)
=
0
,
=
0
=
|
|
|
|
4
|
|
2
|
|
2
我
米
−
Φ
(
)
Φ
(
)
+
2
我
米
Φ
(
)
R
e
Φ
(
)
+
2
R
e
Φ
(
)
|
|
|
|
|
=
0
,
=
0
。
(
3
。
4
)
右边的平等是严格负的(<一个href="#EEq2.5">2。5一个>),(2。7一个>),
R
e
Φ
(
)
>
0
,
R
e
(
Φ
(
)
/
)
>
0
(前面的简单的后果是不平等<一个href="#EEq3.2">3.2一个>))。因此,
一个
r
g
(
(
,
)
/
Φ
(
(
,
)
)
)
<
/
2
,因为
>
0
(接近
0
在某些地段)
0
。这一矛盾就完成了证明。
下面的结果是一个概括的<一个href="#B15">6一个>定理3.1)。提到定理可能获得通过
Φ
(
)
≡
在定理<一个href="#thm3.4">3.4一个>在下面。
定理3.4。让
<
0
,让表面张力
是足够小。如果
0
是一个函数
Φ
例如在
−
和单价的
−
,然后存在
(
)
≤
这样的解决方案
(
,
)
(<一个href="#EEq1.5">1.6一个>与初始条件)
(
,
0
)
=
0
(
)
是
Φ
式为
∈
(
0
,
(
)
)
,在那里
充气时间,
⋃
Ω
=
0
≤
<
(
)
⋃
Ω
(
)
=
0
≤
<
(
)
(
−
,
)
,
Φ
是一个全纯函数
Ω
满足的条件(<一个href="#EEq3.2">3.2一个>)。我>
证明。我> 我们引入了(如定理的证明<一个href="#thm3.3">3.3一个>)函数
(
,
)
=
1
/
(
1
/
,
)
,
∈
,这是
Φ
例如
(
Φ
(
)
=
2
Φ
(
1
/
)
)
当且仅当
(
,
)
是
Φ
的地方。Polubarinova-Galin方程可以写成的
作为
̇
R
e
(
,
)
|
|
|
|
(
,
)
=
−
4
2
−
,
|
|
|
|
(
)
=
1
。
(
3
。
5
)
相反,假设定理的结论<一个href="#thm3.4">3.4一个>是不正确的。然后存在
0
≥
0
和
0
=
0
这样,(<一个href="#EEq2.3">2。3一个>),(2。4一个>),(2。5一个>),(2。6一个>)和(<一个href="#EEq2.6">2。7一个>)是正确的。与此同时,平等(<一个href="#EEq2.8">2。8一个>)是实现。我们区分(<一个href="#EEq3.4">3.5一个>)对
。因为左边是可微的对
的解决方案(<一个href="#EEq3.4">3.5一个>)存在,而且是独一无二的,那么右边是可微的,它的导数是有界的
(
0
,
2
]
。如果我们表示
(
,
)
=
(
/
)
(
/
]
(
)
;然后通过使用(<一个href="#EEq2.6">2。6一个>),(2。8一个>)和(<一个href="#EEq3.4">3.5一个>),我们得到
一个
r
g
(
,
)
|
|
|
|
Φ
(
(
,
)
)
=
0
=
0
,
=
0
=
|
|
|
|
4
|
|
|
|
2
2
−
×
(
)
我
米
−
Φ
(
)
Φ
(
)
+
我
米
Φ
(
)
2
R
e
Φ
(
)
+
4
R
e
Φ
(
)
|
|
|
|
=
0
,
=
0
+
|
|
|
|
4
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
⋅
(
,
)
=
0
,
=
0
。
(
3
。
6
)
右边的平等是严格-小
因为(<一个href="#EEq2.5">2。5一个>),(2。7一个>),
R
e
Φ
(
)
>
0
,
R
e
(
Φ
(
)
/
)
>
0
。因此,
一个
r
g
(
(
,
)
/
Φ
(
(
,
)
)
)
<
/
2
,因为
>
0
(接近
0
在某些地段)
0
。这一矛盾就完成了证明。
3.5的话。我> 让
<
0
,让
0
是一个函数
Φ
例如在
−
和单价的
−
。如果
0
满足条件(<一个href="#EEq3.1">3.1一个>)为每一个
∈
−
,然后存在表面张力
(这取决于
0
)足够小,
(
)
≤
这样经典的解决方案
(
,
)
(<一个href="#EEq1.5">1.6一个>与初始条件)
(
,
0
)
=
0
(
)
是
Φ
式为
∈
(
0
,
(
)
)
,在那里<我>T充气时间。
证明。我> 结论是直接从古典解的光滑性(<一个href="#EEq1.5">1.6一个>)
确认 作者感谢加芙Kohr暗示这个话题和有价值的讨论在本文的准备。Denisa Fericean支持合同编号。POSDRU / 88/1.5 / S / 60185——“知识型社会”创新的博士研究。作者感谢裁判有用的建议,改善纸张的方面。