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Notation xi
Chapter 1. Introduction 1
§1.1. Navier-Stokes equations 1
§1.2. Derivation of Navier-Stokes equations 3
§1.3. Scaling and a priori estimates 6
§1.4. Vorticity 7
§1.5. Pressure 10
§1.6. Helmholtz decomposition 13
§1.7. Notes 17
Problems 17
Chapter 2. Steady states 19
§2.1. Weak solutions 19
§2.2. Small-large uniqueness 22
§2.3. Existence for zero boundary data by the Galerkin method 23
§2.4. Existence for zero boundary data by the Leray-Schauder
theorem 25
§2.5. Nonuniqueness 29
§2.6. L q -theory for the linear system 32
§2.7. Regularity 38
§2.8. The Bogovskii map 45
§2.9. Notes 47
Problems 48
v
vi Contents
Chapter 3. Weak solutions 51
§3.1. Weak form, energy inequalities, and definitions 51
§3.2. Auxiliary results 55
§3.3. Existence for the perturbed Stokes system 58
§3.4. Compactness lemma 60
§3.5. Existence of suitable weak solutions 62
§3.6. Notes 67
Problems 68
Chapter 4. Strong solutions 69
§4.1. Dimension analysis 70
§4.2. Uniqueness 71
§4.3. Regularity 75
§4.4. Notes 77
Problems 77
Chapter 5. Mild solutions 79
§5.1. Nonstationary Stokes system and Stokes semigroup 79
§5.2. Existence of mild solutions 83
§5.3. Applications to weak solutions 89
§5.4. Notes 92
Problems 92
Chapter 6. Partial regularity 93
§6.1. The set of singular times 94
§6.2. The set of singular space-time points 96
§6.3. Regularity criteria in scaled norm 97
§6.4. Notes 105
Problems 106
Chapter 7. Boundary value problem and bifurcation 107
§7.1. Existence: A priori bound by a good extension 108
§7.2. Existence: A priori bound by contradiction 112
§7.3. The Korobkov-Pileckas-Russo approach for 2D BVP 116
§7.4. The bifurcation problem and degree 123
§7.5. Bifurcation of the Rayleigh-Benard convection 128
§7.6. Bifurcation of Couette-Taylor flows 133
§7.7. Notes 139
Problems 140
Contents vii
Chapter 8. Self-similar solutions 141
§8.1. Self-similar solutions and similarity transform 141
§8.2. Stationary self-similar solutions 145
§8.3. Backward self-similar solutions 150
§8.4. Forward self-similar solutions 158
§8.5. Notes 171
Problems 171
Chapter 9. The uniform L 3 class 173
§9.1. Uniqueness 174
§9.2. Auxiliary results for regularity 176
§9.3. Regularity 178
§9.4. Backward uniqueness and unique continuation 184
§9.5. Notes 187
Chapter 10. Axisymmetric flows 189
§10.1. Axisymmetric Navier-Stokes equations 189
§10.2. No swirl case 195
§10.3. Type I singularity: De Giorgi-Nash-Moser approach 197
§10.4. Type I singularity: Liouville theorem approach 206
§10.5. Connections between the two approaches 209
§10.6. Notes 210
Bibliography 211
Index 223
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
我最近有幸接触了《Lectures on Navier-Stokes Equations》,这本书的名字就如同其内容一样,带着一丝严谨的学术气息,又蕴含着数学家们对流体运动深邃理解的魅力。作为一名对流体力学理论基础充满好奇的读者,我一直对Navier-Stokes方程组抱有极大的兴趣,因为它几乎囊括了我们所能想象到的所有经典流体现象的数学描述。这本书的出现,对我来说,无疑是一次深入探索的绝佳机会。从书名本身,我便可以预见到它不会是那种浅尝辄止的科普读物,而是一部能够引导读者真正理解方程组背后数学结构和物理意义的力作。我期待着它能够带领我一步步揭开这层神秘的面纱,理解这些偏微分方程的由来、构成以及它们在描述现实世界中的强大力量。这本书不仅仅是一本关于数学公式的书,更是一次关于物理世界运动规律的哲学思考,我希望它能带给我思维上的启迪,让我能够从更宏观和更微观的视角去审视流体动力学的世界。阅读这本书,对我而言,更像是一次与伟大思想家对话的旅程,去领略他们在数学海洋中探索的智慧光芒。
我对《Lectures on Navier-Stokes Equations》这本书充满了高度的期待,原因在于它直击流体力学理论的核心——Navier-Stokes方程组。我一直以来都对流体世界的复杂性着迷,而Navier-Stokes方程组正是描述这种复杂性的关键工具。我希望这本书能够以一种清晰、系统的方式,引导我深入理解这些方程的起源,包括它们是如何从基础的物理原理,如动量守恒和质量守恒推导出来的。我也渴望了解方程组中各个组成部分的物理含义,例如粘性项是如何捕捉流体内部的阻力,压力梯度又是如何驱动流体流动。更让我感到兴奋的是,这本书的标题暗示着它将对Navier-Stokes方程的数学特性进行深入探讨,包括其非线性性质以及由此带来的求解困难,甚至包括那些至今仍未完全解决的数学难题。
我一直认为,理解Navier-Stokes方程组是通往流体力学更深层次理解的必经之路,而《Lectures on Navier-Stokes Equations》这本书的出现,无疑为我提供了这样一次绝佳的学习机会。我期待着它能够以一种非常系统和详尽的方式,为我剖析这些核心方程。从书名中的“Lectures”一词,我便可以预感到,这本书将不会是简单地罗列公式,而是会深入讲解方程组的由来、推导过程以及其中各个物理量和数学项的深刻含义。我尤其希望能够理解,粘性、压力、密度等流体性质是如何被纳入到这个数学框架中的,以及方程组的非线性特性是如何导致了流体运动的复杂性,比如湍流的产生和演化。此外,我也对Navier-Stokes方程组的解的存在性与光滑性问题,也就是著名的“千禧年大奖难题”之一,充满好奇,并希望这本书能提供一些关于这一前沿研究方向的深入见解。
我对于《Lectures on Navier-Stokes Equations》这本书的期待,源自于我对流体力学基础理论的渴望。Navier-Stokes方程组,作为描述流体运动的关键数学模型,其简洁的表述背后却蕴含着极其丰富的物理内涵和深刻的数学挑战。我希望通过这本书,能够系统地学习到方程组的完整推导过程,理解其中每一个项所代表的物理意义,例如粘性是如何影响流体的速度分布,压力梯度又是如何驱动流体的运动。同时,我也非常希望能深入探讨Navier-Stokes方程组的数学特性,特别是其非线性本质,以及这种非线性如何导致了诸如湍流等复杂现象的产生,以及求解的困难性。我知道,Navier-Stokes方程的数学存在性与光滑性问题是著名的“千禧年大奖难题”之一,我期待这本书能为我揭示这些前沿研究的魅力。
《Lectures on Navier-Stokes Equations》这本书的标题本身就充满了学术的严谨和内容的深度,这让我对它充满了期待。我深知Navier-Stokes方程是描述流体运动的基石,它们简洁的数学形式背后,却隐藏着复杂多变的物理现象。我渴望通过这本书,能够系统地学习到方程的推导过程,理解其中每一个项的物理含义,例如粘性项是如何描述流体的内摩擦,压力项又是如何反映流体内部压强的分布。更重要的是,我希望能深入探讨方程组的数学性质,包括其存在的适定性问题,以及为什么在许多情况下,我们不得不依赖数值方法来求解这些方程。这本书的“Lectures”形式,预示着它将提供一个结构清晰的学习路径,从基础概念到高级理论,逐步引导读者掌握Navier-Stokes方程的核心内容。我希望它能够帮助我理解为什么解决Navier-Stokes方程的数学存在性与光滑性问题会成为一个著名的数学难题,并且它在其中是如何被阐述和研究的。
我最近入手了《Lectures on Navier-Stokes Equations》这本书,光是书名就让我感受到一股严谨的学术氛围,同时也勾起了我对流体力学最深层数学原理的好奇心。我一直以来都对流体的运动现象非常着迷,从日常生活中看到的溪水潺潺到空气动力学中的飞机升力,这些背后都离不开Navier-Stokes方程组的描述。我希望这本书能够为我提供一个清晰、系统的学习路径,帮助我理解这些方程是如何从基本的物理定律推导出来的,以及方程中每一项所代表的物理意义,比如粘性对流体运动的阻碍作用,压力梯度对流体速度的影响。更令我期待的是,这本书的“Lectures”形式,预示着它会像一位经验丰富的导师,带领我逐步深入探讨Navier-Stokes方程组的数学性质,特别是其非线性特征所带来的求解挑战,甚至包括那些困扰数学家们多年的难题。
《Lectures on Navier-Stokes Equations》这本书的标题,已经足以勾起我对流体力学核心的求知欲。我一直对流体动力学这门学科充满浓厚的兴趣,而Navier-Stokes方程组无疑是这门学科的灵魂。我渴望通过这本书,能够系统地学习到方程组的完整推导过程,理解其中每一个数学项所蕴含的物理意义,比如粘性是如何影响流体的运动,压力是如何传递力的。更重要的是,我希望能够深入了解方程组的数学特性,例如它的非线性本质,以及这种非线性如何导致了诸如湍流等复杂现象的产生。我知道,Navier-Stokes方程的求解问题,特别是其解的存在性与光滑性,是当今数学和物理学领域最重要、最困难的问题之一。我非常期待这本书能为我揭示这些数学上的挑战,并介绍相关的研究进展,从而让我对这门学科有一个更全面、更深入的理解。
在翻开《Lectures on Navier-Stokes Equations》之前,我对Navier-Stokes方程组的理解,更多地停留在一些初步的介绍和应用层面。我知道它们是描述不可压缩、粘性流体运动的基本方程,也知道它们在空气动力学、水动力学、天气预报等诸多领域扮演着核心角色。然而,对于方程组的推导过程、其内在的数学结构以及求解的困难性,我始终觉得隔着一层薄膜。这本书的题目“Lectures”二字,暗示着其内容将是系统性的、循序渐进的讲解,这正是我所需要的。我希望它能从最基础的物理概念出发,细致地阐述动量守恒、质量守恒等基本原理是如何转化为数学方程的,并且清晰地解释粘性项、压力项、惯性项等各个组成部分的物理意义。我也非常期待能够了解方程组的非线性特性,以及正是这种非线性导致了湍流等复杂现象的出现,也使得方程的解析解成为一个极其困难的问题,甚至至今仍未完全解决。这本书的出现,对我来说,是填补这一知识空白的关键一步,我渴望通过它,获得对Navier-Stokes方程组更深刻、更全面的认识,从而更好地理解流体力学的奥秘。
《Lectures on Navier-Stokes Equations》这本书的名字,犹如一座知识的灯塔,指引着我对流体力学核心理论的探索方向。我深知,Navier-Stokes方程组是描述流体运动最基本、最强大的数学工具,它们囊括了粘性、压力、密度等多种物理因素对流体行为的影响。因此,我非常期待这本书能够以一种系统化的方式,帮助我理解这些方程的推导过程,从最基础的物理原理,如动量守恒,一步步构建起完整的方程体系。我也渴望能够深入理解方程中各个项的物理意义,例如粘性项如何量化流体内部的摩擦,压力项又如何描述力的传递。更重要的是,我知道Navier-Stokes方程组以其非线性特性而闻名,并且其解的存在性与光滑性问题至今仍是数学界的一大难题。我希望这本书能够为我提供一些关于这些数学挑战的深刻见解。
《Lectures on Navier-Stokes Equations》这本书的名称,直接点燃了我对流体力学最核心数学理论的求知热情。我一直认为,要想真正理解流体是如何运动的,掌握Navier-Stokes方程组是必不可少的一步。我期待这本书能够以一种循序渐进、详尽入微的方式,为我剖析这些方程的本质。从名字中的“Lectures”,我便可以预见,它将带领我从最基础的物理概念出发,一步步理解动量守恒、质量守恒等基本定律是如何被转化为一套严谨的数学表达式的。我尤其希望能够深入理解方程组中各个术语的物理意义,比如粘性项所描述的内部摩擦力,以及压力项所反映的内部压力分布,它们共同作用如何塑造了流体的宏观行为。此外,我也对Navier-Stokes方程组本身的数学特性,比如它的非线性以及由此产生的求解难度,特别是关于其解的存在性与光滑性的数学难题,抱有浓厚的兴趣,并期待这本书能为我揭示其中的奥秘。