Regularity for parabolic quasiminimizers in metric measure spaces

Abstract

In this thesis we study in the context of metric measure spaces, some methods which in Euclidean spaces are closely related to questions concerning regularity of nonlinear parabolic partial differential equations of the evolution p-Laplacian type and of the doubly nonlinear type. To be more specific, we are interested in methods which are based only on energy type estimates.

We take a purely variational approach to parabolic partial differential equations, and use the concept of parabolic quasiminimizers together with upper gradients and Newtonian spaces, to develop regularity theory for nonlinear parabolic partial differential equations in the context of general metric measure spaces. The underlying metric measure space is assumed to be equipped with a doubling measure and to support a weak Poincaré inequality.

We define parabolic quasiminimizers in metric measure spaces and establish some preliminary results. Then we prove several regularity results for parabolic quasiminimizers in metric measure spaces, using energy estimates and the properties of the underlying metric measure space. The results we present are previously unpublished.

We prove local Hölder continuity in metric measure spaces for locally bounded parabolic quasiminimizers related to degenerate evolution p-Laplacian equations. We prove a scale and location invariant weak Harnack estimate in metric measure spaces for parabolic minimizers related to the doubly nonlinear equation in the general case, where p is strictly between one and infinity. We prove higher integrability results in metric measure spaces, both in the local case and up to the boundary, for parabolic quasiminimizers related to the heat equation. Lastly, we prove a comparison principle in metric measure spaces for parabolic super- and subminimizers, and a uniqueness result for minimizers related to the evolution p-Laplacian equation in the general case, where p is strictly between one and infinity.

The results and the methods used in the proofs are discussed in detail, and some related open questions are presented.

Tässä työssä tutkimme metristen avaruuksien kontekstissa menetelmiä, jotka euklidisissa avaruuksissa liittyvät läheisesti epälineaaristen parabolisten osittaisdifferentiaaliyhtälöiden säännöllisyysteoriaan. Paraboliset prototyyppiyhtälöt, joihin menetelmät liittyvät ovat evoluutio p-Laplace-yhtälö sekä kahdesti epälineaarinen yhtälö. Olemme kiinnostuneita menetelmistä, jotka perustuvat kokonaan energiaestimaatteihin.

Tarkastelemme epälineaaristen parabolisten osittaisdifferentiaaliyhtälöiden teoriaa puhtaasti variaationäkökulmasta. Käyttämällä parabolisten kvasiminimoijien käsitettä yhdessä ylägradienttien ja Newtonin avaruuksien kanssa, kehitämme parabolisten epälineaaristen osittaisdifferentiaaliyhtälöiden säännöllisyysteoriaa yleisissä metrisissä mitta-avaruuksissa. Oletamme, että tarkastelumme taustalla oleva metrinen mitta-avaruus on varustettu tuplaavalla mitalla ja siinä toteutuu heikko Poincarén epäyhtälö.

Määrittelemme parabolisten kvasiminimoijien käsitteen metrisissä avaruuksissa, ja käymme läpi tarvittavia esitietoja. Tämän jälkeen todistamme useita säännöllisyystuloksia kvasiminimoijille metrisissä avaruuksissa. Tulokset ovat aiemmin julkaisemattomia. Todistamme lokaalin Hölder-jatkuvuuden degeneroituneisiin evoluutio p-Laplace-yhtälöihin liittyville kvasiminimoijille metrisissä avaruuksissa.

Todistamme paikasta ja mittakaavasta riippumattoman Harnack-estimaatin kahdesti epälineaarisiin yhtälöihin liittyville minimoijille metrisissä avaruuksissa. Todistamme korkeampaan integroituvuuteen liittyviä tuloksia lämpöyhtälöön liittyville kvasiminimoijille metrisissä avaruuksissa, sekä lokaalisti että alueen reunalle asti. Todistamme vertailuperiaatteen metrisissä avaruuksissa evoluutio p-Laplace-yhtälöihin liittyville super- ja subminimoijille, sekä yksikäsitteisyyslauseen minimoijille.

Käymme yksityiskohtaisesti läpi todistuksissa käytetyt menetelmät ja tekniikat, ja esitämme joitakin niihin liittyviä avoimia kysymyksiä.