2025/04/09 by Sitong Chen, Vicenţiu D. Rădulescu, Muhua Shu +1 · 2 citations
Mathematics · Computer Science · #Nonlinear Partial Differential Equations #Advanced Mathematical Modeling in Engineering #Geometric Analysis and Curvature Flows
paper · pdf · doi:10.1007/s00208-025-03143-4
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>