6 PARABOLISCHE GLEICHUNGEN 2. ORDNUNG MIT VARIABLEN KOEFFIZIENTEN56Es folgt Re〈Ax|x〉 ≤ 12λ ‖Ax‖2 für alle λ ∈ R >0 , also ist Re〈Ax|x〉 ≤ 0.⇐ “: Es gelten (i) und (ii). Es reicht zu zeigen, daß die Bed<strong>in</strong>gungen des Satzes von Hille-Yosida”6.21 erfüllt werden. Sei also λ ∈ R >0 . Nach (∗) und (i) gilt dann für alle x ∈ D(A)‖λx − Ax‖ 2 = λ 2 ‖x‖ 2 − 2λ Re〈Ax|x〉 +‖Ax‖ 2 ≥ λ 2 ‖x‖ 2 + ‖Ax‖ 2 ≥ λ 2 ‖x‖ 2 .} {{ }(i)≤0Also ist λ Id X −A <strong>in</strong>jektiv und nach (ii) auch surjektiv, folglich ist λ ∈ ρ(A). Außerdem folgtfür alle y ∈ X mit x := R(λ, A)y ∈ D(A):‖R(λ, A)y‖ = ‖x‖ ≤ 1 λ ‖(λ − A)x‖ = 1 λ ‖y‖.
6 PARABOLISCHE GLEICHUNGEN 2. ORDNUNG MIT VARIABLEN KOEFFIZIENTEN576.3 Anwenden auf elliptische Operatoren 2. Ordnung <strong>in</strong> L 2 (R n )Generalvoraussetzung 6.26. Sei n ∈ N fest. Zur e<strong>in</strong>facheren Formulierung beschränken wiruns <strong>in</strong> diesem Abschnitt auf den Fall K = R. Wie schon zuvor bedienen wir uns außerdem <strong>der</strong>üblichen Konvention, Restklassen <strong>in</strong> L 2 (R n ) und Repräsentanten aus L 2 (R n ) zu identifizieren,sofern dies zu ke<strong>in</strong>en Problemen führt.Auch wenn viele Argumente <strong>in</strong> diesem Abschnitt gültig bleiben, wenn man R n durch e<strong>in</strong> GebietΩ ⊆ R n ersetzt, werden wir <strong>der</strong> E<strong>in</strong>fachheit halber hier nur den Fall Ω = R n betrachten, umtechnische Komplikationen zu vermeiden.L sei e<strong>in</strong> formaler Differentialoperator <strong>in</strong> <strong>der</strong> sogenannten DivergenzformLu := −n∑j,k=1∂ k (a jk ∂ j u) +n∑b j ∂ j u + cuj=1mit a jk = a kj ∈ C 1 (R n ) ∩ L ∞ (R n ) mit ∂ m a kj ∈ L ∞ (R n ) und b j , c ∈ L ∞ (R n ) für alle j, k, m ∈N ≤n . Es wird sich später zeigen, daß diese Darstellung von L besser geeignet ist als die bisherige.Sie läßt sich aber leicht <strong>in</strong> die bisherige Form überführen, da formal nach <strong>der</strong> Kettenregel giltLu =n∑(−a jk )∂ k ∂ j u +j,k=1n∑ (n∑ )− ∂ k a jk + b j ∂j u + cu.j=1k=1Außerdem sei L gleichmäßig stark elliptisch, das heißt, es gebe e<strong>in</strong> θ ∈ R >0 so, daß gilt∀ x ∈ Ω ∀ ξ ∈ R n :n∑j,k=1a jk (x)ξ j ξ k ≥ θ‖ξ‖ 2 . (6.6)Im folgenden soll <strong>der</strong> Operator A := −L auf e<strong>in</strong>em geeigneten Def<strong>in</strong>itionsbereich D(A) ≤ L 2 (R n )def<strong>in</strong>iert werden, um anschließend mit Hilfe des Satzes von Hille-Yosida zu zeigen, daß dieserOperator A e<strong>in</strong>e C 0 -Halbgruppe erzeugt. Mit dem Lösungssatz 6.12 für das abstrakte Cauchy-Problem erhält man dann für die parabolische Gleichung∂ t u(t, x) = −u(0, x) = g(x)n ∑j,k=1∑∂ k (a jk ∂ j u)(x) + n b j (x)∂ j u(x) + c(x)u(x),j=1die folgende Existenz- und E<strong>in</strong>deutigkeitsaussage:∀ g ∈ D(A) ∃ 1 u ∈ C 1 (R ≥0 , L 2 (R n )) : u ′ = −Lu ∧ u(0) = g. (6.7)Als erstes ist klären, was e<strong>in</strong> geeigneter Def<strong>in</strong>itionsbereich für A ist. Es zeigt sich, daß dies genaudiejenigen Elemente aus L 2 (R n ) s<strong>in</strong>d, die im schwachen (L 2 )-S<strong>in</strong>ne zweimal differenzierbar s<strong>in</strong>d.Dafür betrachten wir zunächst die folgende Motivation:Ist u ∈ S ⊆ L 2 (R n ) und v ∈ L 2 (R n ) sowie α ∈ N n 0 , so erhält man mit partieller Integration∫∫∂ α u = v ⇐⇒ ∀ ϕ ∈ C0 ∞ (R n ) : 〈v|ϕ〉 L2 = ∂ α u · ϕ = (−1) |α| u · ∂ α ϕ = (−1) |α| 〈u|∂ α ϕ〉 . L 2Dies motiviert die folgende