The purpose of this paper is to obtain rigorous numerical enclosures for solutions of Lane-Emden's equation $-\Delta u=|u|^{p-1} u$ with homogeneous Dirichlet boundary conditions. We prove the existence of a nondegenerate solution $u$ nearby a numerically computed approximation $\hat{u}$ together with an explicit error bound, i.e., a bound for the difference between $ u $ and $\hat{u}$. In particular, we focus on the sub-square case in which $1<p<2$ so that the derivative $p|u|^{p-1}$ of the nonlinearity $|u|^{p-1} u$ is not Lipschitz continuous. In this case, it is problematic to apply the classical Newton-Kantorovich theorem for obtaining the existence proof, and moreover several difficulties arise in the procedures to obtain numerical integrations rigorously. We design a method for enclosing the required integrations explicitly, proving the existence of a desired solution based on a generalized Newton-Kantorovich theorem. A numerical example is presented where an explicit solution-enclosure is obtained for $ p=3/2 $ on the unit square domain $\Omega=(0,1)^2$.


翻译:本文的目的是为Lane-Emden 等式的解决方案获取严格的数字附文 $- delta u u u u ⁇ ⁇ p-1} u 美元, 具有单一的 Dirichlet 边界条件。 我们证明在数字计算近似 $\ hat{u} 美元和明确错误约束下存在非变性解决方案 $u hat{u} 美元, 也就是说, 以 $ 和 $ hat{u} 美元 之间的差值为约束。 我们特别侧重于子方形的1美元 < p < 2 $, 这样非线性 $ u ⁇ ⁇ p-1} 美元 的衍生物 $ $ u u ⁇ p-1} u 美元 并不是连续的 Lipschitz 。 在这种情况下, 使用经典的 Newton- Kantorovich 参数获取存在存在问题, 而且严格地获取数字整合的程序也存在若干困难 。 我们设计了一种明确包含所需整合的方法,, 证明存在一种基于通用的通用的Newton- Kantorovich $ $2 美元= sal1 exm 域的预期解决方案。

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