Väitös: Uusia säännöllisyystuloksia epälineaariselle osittaisdifferentiaaliyhtälölle (Kurkinen)

Jyväskylän yliopiston juuri valmistuneessa väitöskirjassa on tutkittu epälineaarista ajasta ja paikasta riippuvaa osittaisdifferentiaaliyhtälöä, jonka erikoistapauksena saadaan muun muassa paljon tutkitut p-parabolinen yhtälö, lämpöyhtälö ja normalisoitu p-parabolinen yhtälö. Näistä lämpöyhtälö kuvaa lämpöenergian johtumista aineessa ja viimeksi mainitulla yhtälöllä on sovelluksia koneoppimisessa, kuvankäsittelyssä ja optionhinnoittelussa. 

- Väitöskirjassa tutkittavan yhtälön ja divergenssimuotoisen p-parabolisen yhtälön radiaalisten ratkaisujen välillä on linkki, jota käyttämällä saamme työkaluja käyttöön tunnetusta teoriasta tälle vähemmän tunnetulle yleisemmälle yhtälölle, kertoo väitöskirjatutkija Tapio Kurkinen Jyväskylän yliopistosta.  

Keskeisenä tuloksena Elliptinen Harnackin epäyhtälö 

Alkuperäinen Harnackin epäyhtälö on vuonna 1887 C. G. Axel Harnackin todistama tulos, joka antaa meille informaatiota Laplacen yhtälön ratkaisun käytöksestä tarkastelujoukon sisällä. Epäyhtälön perusteella minkä tahansa positiivisen ratkaisun suurin saavuttama arvo pallossa on pienempää kuin pienin arvo kerrottuna tilanteesta riippumattomalla vakiolla. Harnackin epäyhtälöitä on vuosien saatossa todistettu eri muodoissa eri yhtälöille. Lämpöyhtälön ratkaisut riippuvat paikan lisäksi ajasta ja osoittautuu, että Harnackin epäyhtälö on totta ainoastaan, jos vertaamme suurinta ja pienintä arvoa niin sanotun odotusajan päässä toisistaan aikasuunnassa.   

- Työssä tutkitulle osittaisdifferentiaaliyhtälölle epäyhtälö saa tuon saman muodon, paitsi odotusajan pituuden täytyy riippua ratkaisun saavuttamasta arvosta tarkastelupisteessä. Todistimme myös, että sopivan kokoisille eksponenteille tämä odotusaika on mahdollista jättää pois ja saadaan niin sanottu elliptinen Harnackin epäyhtälö, selventää Kurkinen.  

Säännöllisyys joukon reunalla 

Reuna-arvosäännöllisyyden teoriassa pyritään selvittämään ehtoja joukon muodolle, jolle osittaisdifferentiaaliyhtälön ratkaisut saavuttavat annetut reuna-arvot jatkuvasti. Tämä osoittautuu hankalaksi ongelmaksi ajasta riippuville yhtälöille, ja jopa p-paraboliselle yhtälölle on monia avoimia kysymyksiä.  

- Väitöskirjassani todistetaan, että tietyt ehdot toteuttavan funktioperheen olemassaolo on riittävä ehto takaamaan reunapisteen säännöllisyys ja tätä kautta voidaan todistaa käytännöllisempiä geometrisia ehtoja. Näitä on muun muassa ulkopalloehto, jonka perusteella reunapiste on säännöllinen, jos sitä on mahdollista koskea jonkin kokoisella pallolla joukon ulkopuolelta käyttämättä pallon pohjois- tai etelänapaa aikasuunnassa, kertoo Kurkinen.  

Tapio Kurkisen väitöskirjan “Harnack's inequalities and boundary regularity for a general nonlinear parabolic equation in non-divergence form” tarkastustilaisuus perjantaina 16.8.2024 klo 12:00 alkaen Mattilanniemen salissa MaA211. Vastaväittäjänä toimii Associate Professor Benny Avelin (Uppsala University, Ruotsi) ja kustoksena apulaisprofessori Mikko Parviainen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti. 

Väitöskirja ”Harnack's inequalities and boundary regularity for a general nonlinear parabolic equation in non-divergence form” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/96257