The p-harmonic system with measure-valued right hand side

  • Georg Dolzmann

    Mathematisches Institut, Universität Freiburg, Rheinstraβe 10, D-79104 Freiburg Germany
  • Norbert Hungerbühler

    Mathematisches Institut, Universität Freiburg, Rheinstraβe 10, D-79104 Freiburg Germany
  • Stefan Müller

    Mathematisches Institut, Universität Freiburg, Rheinstraβe 10, D-79104 Freiburg Germany

Abstract

For 212<p<n2 - \frac{1}{2}\<p\<n we prove existence of a distributional solution u of the p-harmonic system

div(up2u)=μinΩu=0onΩ,\begin{matrix} - \text{div}\left(\left|\nabla _{u}\right|^{p - 2}\nabla u\right) = \mu & \text{in} & \Omega \\ u = 0 & \text{on} & \partial \Omega , \\ \end{matrix}

where Ω is an open subset of ℝn (bounded or unbounded), u : Ω → ℝm, and μ is an ℝm-valued Radon measure of finite mass. For the solution u we establish the Lorentz space estimate

DuLq,+uLq,CμM1p1\left\|Du\right\|_{L^{q,\infty }} + \left\|u\right\|_{L^{q*,\infty }} \leq C\left\|\mu \right\|_{\mathscr{M}}^{\frac{1}{p - 1}}

with q=nn1(p1)q = \frac{n}{n - 1}\left(p - 1\right) and q=nnp(p1)q* = \frac{n}{n - p}\left(p - 1\right). The main step in the proof is to show that for suitable approximations the gradients Duk converge a.e. This is achieved by a choice of regularized test functions and a localization argument to compensate for the fact that in general uW1,p.

Résumé

Soit 2 − 1/n < p < n, Ω un ensemble ouvert de ℝn (borné ou non borné) et μ une mesure de Radon avec masse finite. On démontre que le système p-harmonique

div(up2u)=μdansΩ,u=0surΩ,\begin{matrix} - \text{div}\left(\left|\nabla u\right|^{p - 2}\nabla u\right) = \mu & \text{dans} & \Omega , \\ u = 0 & \text{sur} & \partial \Omega , \\ \end{matrix}

possède une solution distributionnelle. Pour cette solution on établit des estimations dans les espaces de Lorentz.

DuLq,+uLq,CμM1p1.\left\|Du\right\|_{L^{q,\infty }} + \left\|u\right\|_{L^{q*,\infty }} \leq C\left\|\mu \right\|_{\mathscr{M}}^{\frac{1}{p - 1}}.

lci, q=nn1(p1)q = \frac{n}{n - 1}\left(p - 1\right) et q=nnp(p1)q* = \frac{n}{n - p}\left(p - 1\right). Le pas le plus important est de démontrer que, pour des approximations propres, les gradients Duk convergent presque partout. Celà est fait en choisissant des fonctions de test régularisées et en appliquant un argument de localisation pour compenser que, en général, u ∉ W1,p.

Cite this article

Georg Dolzmann, Norbert Hungerbühler, Stefan Müller, The p-harmonic system with measure-valued right hand side. Ann. Inst. H. Poincaré Anal. Non Linéaire 14 (1997), no. 3, pp. 353–364

DOI 10.1016/S0294-1449(97)80141-2