椭圆算子是数学偏微分方程理论中的一类微分算子,它是拉普拉斯算子的泛化。椭圆算子定义为所有最高阶导数的系数为正的微分算子,这意味着算子没有实的特征方向。
椭圆算子是典型的位势论,并且它们频繁地出现在静电学和连续介质力学中。椭圆算子的正则性意味着它的解通常是光滑函数(如果算子的系数是光滑的)。双曲(英语:Hyperbolic partial differential equation)方程和抛物方程的稳定解通常要求解椭圆方程。
R n {\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} 域 Ω {\displaystyle \Omega } 上的线性微分算子 L {\displaystyle L}
L u = ∑ | α | ≤ m a α ∂ α u {\displaystyle Lu=\sum _{|\alpha |\leq m}a_{\alpha }{\partial }^{\alpha }u}
被称为椭圆算子,如果对任意 x ∈ Ω {\displaystyle x\in \Omega } ,任意非零 ξ ∈ R n {\displaystyle \xi \in \mathbb {R} ^{n}} 满足
∑ | α | = m a α ξ α ≠ 0 {\displaystyle \sum _{|\alpha |=m}a_{\alpha }{\xi }^{\alpha }\neq 0} 。
在许多应用中仅满足上述条件还远远不够,当 m = 2 k {\displaystyle m=2k} 时可用一致椭圆条件代替它: ( − 1 ) k ∑ | α | = 2 k a α ( x ) ξ α > C | ξ | 2 k , {\displaystyle (-1)^{k}\sum _{|\alpha |=2k}a_{\alpha }(x)\xi ^{\alpha }>C|\xi |^{2k},} 其中C是正常数。注意到椭圆性只依赖于最高阶项。
非线性算子
L ( u ) = F ( x , u , ( ∂ α u ) ) | α | ≤ 2 k {\displaystyle L(u)=F(x,u,(\partial ^{\alpha }u))_{|\alpha |\leq 2k}}
是椭圆算子如果它关于 u {\displaystyle u} 的一阶泰勒展开式在任意一点处都是线性椭圆算子。
为了说明问题,我们选取二阶偏微分算子形式,
其中 D k = 1 − 1 ∂ x k {\displaystyle D_{k}={\frac {1}{\sqrt {-1}}}\partial _{x_{k}}} .如果满足高阶项系数矩阵x
为正定实系数对称矩阵,则这样的算子叫做椭圆算子。