2025/04/09 by Sitong Chen, Vicenţiu D. Rădulescu, Muhua Shu +1 · 5 citations
Computer Science · Mathematics · #Advanced Mathematical Modeling in Engineering #Coulomb #Electric potential #Geometric Analysis and Curvature Flows #Mathematical analysis #Mathematical physics #Mathematics #Nonlinear Partial Differential Equations #Physics #Quantum mechanics
paper · pdf · doi:10.1007/s00208-025-03143-4
published in Mathematische Annalen 392(2), 2081-2130 (Springer Nature)
openalex publication_date 2025/04/09 · openalex created_date 2025/10/10 · openalex updated_date 2026/07/25
Abstract This paper focuses on static solutions for the following Choquard equation with zero mass and Coulomb potential \beginaligned -Δ u+( (1)/(4π |x|)*u2) u=μ |u|p-2u+(Iα *|u|α +3)|u|α +1u, x∈ \mathbb R3, \endaligned <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mtable> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mi>Δ</mml:mi> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mfenced> <mml:mfrac> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mi>π</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mrow/> <mml:mo>∗</mml:mo> <mml:msup> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> </mml:mfenced> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mo>(</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>I</mml:mi> <mml:mi>α</mml:mi> </mml:msub> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow> <mml:mrow/> <mml:mo>∗</mml:mo> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:mmultiscripts> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>)</mml:mo> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mi>u</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mspace/> <mml:mspace/> <mml:mspace/> <mml:mspace/> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>R</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>,</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:mrow> </mml:math> where μ gt;0 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>></mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> , (18)/(7)lt;p≤ 6 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mfrac> <mml:mn>18</mml:mn> <mml:mn>7</mml:mn> </mml:mfrac> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mo>≤</mml:mo> <mml:mn>6</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> , α ∈ (0, 3) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> , α +3 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> is the upper critical exponent in the sense of the Hardy–Littlewood–Sobolev inequality, Iα : \mathbb R3→ \mathbb R <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>I</mml:mi> <mml:mi>α</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>:</mml:mo> <mml:mspace/> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi>R</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:msup> <mml:mo>→</mml:mo> <mml:mi>R</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> is the Riesz potential, and (1)/(4π |x|) <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mfrac> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mn>4</mml:mn> <mml:mi>π</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mo>|</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mfrac> </mml:math> is the Coulomb potential. By carefully analyzing the intricate interplay between the power and Coulomb terms, we establish three types of variational geometries of the problem and prove the following existence results based on the behavior of p : the existence of two solutions, one being a local minimizer and the other of mountain-pass type, for an explicit range 0lt;μ lt;\mathrm Const. <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo><</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mi>Const</mml:mi>