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Ladyzhenskaya's inequality

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1728: 938: 41:
in two spatial dimensions (for smooth enough initial data). There is an analogous inequality for functions of three real variables, but the exponents are slightly different; much of the difficulty in establishing existence and uniqueness of solutions to the three-dimensional Navier–Stokes equations
1472: 777: 760: 1328: 626: 473: 1166: 1383: 168: 1723:{\displaystyle \|u\|_{L^{4}}\leq {\begin{cases}C\|u\|_{L^{2,\infty }}^{1/2}\|\nabla u\|_{L^{2}}^{1/2},&n=2,\\C\|u\|_{L^{2,\infty }}^{1/4}\|\nabla u\|_{L^{2}}^{3/4},&n=3.\end{cases}}} 1089: 1028: 37:. The original such inequality, for functions of two real variables, was introduced by Ladyzhenskaya in 1958 to prove the existence and uniqueness of long-time solutions to the 134: 100: 255: 994: 638: 1192: 933:{\displaystyle p>q\geq 1,s>n({\tfrac {1}{2}}-{\tfrac {1}{p}}),{\text{ and }}{\tfrac {1}{p}}={\tfrac {\alpha }{q}}+(1-\alpha )({\tfrac {1}{2}}-{\tfrac {s}{n}}).} 323: 283: 192: 67: 1461: 1412: 1115: 1054: 502: 349: 1434: 303: 216: 649: 1125:
A simple modification of the argument used by Ladyzhenskaya in her 1958 paper (see e.g. Constantin & Seregin 2010) yields the following inequality for
1203: 510: 357: 1779:
McCormick, D. S.; Robinson, J. C.; Rodrigo, J. L. (2013). "Generalised Gagliardo–Nirenberg inequalities using weak Lebesgue spaces and BMO".
34: 1128: 1754:
Constantin, P.; Seregin, G. (2010), "Hölder continuity of solutions of 2D Navier–Stokes equations with singular forcing",
42:
stems from these different exponents. Ladyzhenskaya's inequality is one member of a broad class of inequalities known as
1339: 139: 38: 1766:(1958). "Решение "в целом" краевой задачи для уравнений Навье – Стокса в случае двух пространственных переменных". 43: 1059: 998: 1847: 1842: 1798: 1837: 1741: 105: 76: 1803: 1507: 637:
Both the two- and three-dimensional versions of Ladyzhenskaya's inequality are special cases of the
224: 262: 1758:, Amer. Math. Soc. Transl. Ser. 2, vol. 229, Providence, RI: Amer. Math. Soc., pp. 87–95 1816: 1788: 1763: 949: 1171: 308: 268: 177: 52: 1808: 70: 1439: 1390: 258: 171: 1094: 1033: 481: 328: 755:{\displaystyle \|u\|_{L^{p}}\leq C\|u\|_{L^{q}}^{\alpha }\|u\|_{H_{0}^{s}}^{1-\alpha },} 1419: 288: 201: 195: 1831: 219: 31: 25: 1820: 1323:{\displaystyle \|u\|_{L^{2r}}\leq Cr\|u\|_{L^{r}}^{1/2}\|\nabla u\|_{L^{2}}^{1/2}.} 621:{\displaystyle \|u\|_{L^{4}}\leq C\|u\|_{L^{2}}^{1/4}\|\nabla u\|_{L^{2}}^{3/4}} 468:{\displaystyle \|u\|_{L^{4}}\leq C\|u\|_{L^{2}}^{1/2}\|\nabla u\|_{L^{2}}^{1/2}} 17: 1812: 1386: 28: 24:
is any of a number of related functional inequalities named after the
1793: 1385:, can be generalized (see McCormick & al. 2013) to use the 1756:
Nonlinear partial differential equations and related topics
1716: 1161:{\displaystyle u:\mathbb {R} ^{2}\rightarrow \mathbb {R} } 1070: 1009: 913: 898: 865: 850: 827: 812: 1475: 1442: 1422: 1393: 1342: 1206: 1174: 1131: 1097: 1062: 1036: 1001: 952: 780: 652: 513: 484: 360: 331: 311: 291: 271: 227: 204: 180: 142: 108: 79: 55: 946:Ladyzhenskaya's inequalities are the special cases 1722: 1455: 1428: 1406: 1378:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n},n=2{\text{ or }}3} 1377: 1322: 1186: 1160: 1109: 1083: 1048: 1022: 988: 932: 754: 620: 496: 467: 343: 317: 297: 277: 249: 210: 186: 162: 128: 94: 61: 163:{\displaystyle u:\Omega \rightarrow \mathbb {R} } 8: 1670: 1660: 1625: 1618: 1565: 1555: 1520: 1513: 1483: 1476: 1288: 1278: 1249: 1242: 1214: 1207: 717: 710: 689: 682: 660: 653: 639:Gagliardo–Nirenberg interpolation inequality 589: 579: 550: 543: 521: 514: 436: 426: 397: 390: 368: 361: 174:function that vanishes on the boundary of 1802: 1792: 1689: 1685: 1678: 1673: 1650: 1646: 1633: 1628: 1584: 1580: 1573: 1568: 1545: 1541: 1528: 1523: 1502: 1491: 1486: 1474: 1447: 1441: 1421: 1398: 1392: 1367: 1349: 1345: 1344: 1341: 1307: 1303: 1296: 1291: 1268: 1264: 1257: 1252: 1222: 1217: 1205: 1173: 1154: 1153: 1144: 1140: 1139: 1130: 1096: 1069: 1061: 1035: 1008: 1000: 951: 912: 897: 864: 849: 844: 826: 811: 779: 737: 730: 725: 720: 704: 697: 692: 668: 663: 651: 608: 604: 597: 592: 569: 565: 558: 553: 529: 524: 512: 483: 455: 451: 444: 439: 416: 412: 405: 400: 376: 371: 359: 330: 310: 290: 270: 232: 226: 203: 179: 156: 155: 141: 118: 107: 86: 82: 81: 78: 54: 1084:{\displaystyle \alpha ={\tfrac {1}{4}}} 1023:{\displaystyle \alpha ={\tfrac {1}{2}}} 1336:The usual Ladyzhenskaya inequality on 7: 1663: 1640: 1558: 1535: 1281: 582: 429: 312: 272: 241: 181: 149: 56: 14: 285:). Then there exists a constant 129:{\displaystyle n=2{\text{ or }}3} 95:{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}} 35:Olga Aleksandrovna Ladyzhenskaya 1150: 924: 894: 891: 879: 838: 808: 250:{\displaystyle H^{1}(\Omega )} 244: 238: 152: 1: 989:{\displaystyle p=4,q=2,s=1} 1864: 1768:Доклады Академии наук СССР 44:interpolation inequalities 22:Ladyzhenskaya's inequality 1813:10.1007/s00032-013-0202-6 1187:{\displaystyle r\geq 2} 325:such that, in the case 318:{\displaystyle \Omega } 278:{\displaystyle \Omega } 187:{\displaystyle \Omega } 62:{\displaystyle \Omega } 39:Navier–Stokes equations 1724: 1457: 1436:in place of the usual 1430: 1408: 1379: 1324: 1188: 1162: 1111: 1085: 1050: 1024: 990: 934: 756: 622: 498: 469: 345: 319: 299: 279: 251: 212: 188: 164: 130: 96: 63: 1725: 1458: 1456:{\displaystyle L^{2}} 1431: 1409: 1407:{\displaystyle L^{2}} 1380: 1325: 1189: 1163: 1112: 1086: 1051: 1025: 991: 935: 757: 623: 499: 470: 346: 320: 300: 280: 252: 213: 189: 172:weakly differentiable 165: 131: 97: 64: 1473: 1440: 1420: 1391: 1340: 1204: 1172: 1129: 1095: 1060: 1034: 999: 950: 778: 768:which holds whenever 650: 511: 482: 358: 329: 309: 289: 269: 225: 202: 178: 140: 106: 77: 53: 1698: 1659: 1593: 1554: 1316: 1277: 1110:{\displaystyle n=3} 1049:{\displaystyle n=2} 748: 735: 709: 617: 578: 497:{\displaystyle n=3} 464: 425: 344:{\displaystyle n=2} 263:compactly supported 1764:Ладыженская, О. А. 1742:Agmon's inequality 1720: 1715: 1669: 1624: 1564: 1519: 1453: 1426: 1404: 1375: 1320: 1287: 1248: 1184: 1158: 1107: 1081: 1079: 1046: 1020: 1018: 986: 930: 922: 907: 874: 859: 836: 821: 752: 721: 716: 688: 618: 588: 549: 494: 465: 435: 396: 341: 315: 305:depending only on 295: 275: 247: 218:is a limit in the 208: 184: 160: 126: 92: 59: 1429:{\displaystyle u} 1370: 1078: 1017: 921: 906: 873: 858: 847: 835: 820: 298:{\displaystyle C} 257:of a sequence of 211:{\displaystyle u} 121: 1855: 1824: 1806: 1796: 1775: 1759: 1729: 1727: 1726: 1721: 1719: 1718: 1697: 1693: 1684: 1683: 1682: 1658: 1654: 1645: 1644: 1643: 1592: 1588: 1579: 1578: 1577: 1553: 1549: 1540: 1539: 1538: 1498: 1497: 1496: 1495: 1462: 1460: 1459: 1454: 1452: 1451: 1435: 1433: 1432: 1427: 1413: 1411: 1410: 1405: 1403: 1402: 1384: 1382: 1381: 1376: 1371: 1368: 1354: 1353: 1348: 1329: 1327: 1326: 1321: 1315: 1311: 1302: 1301: 1300: 1276: 1272: 1263: 1262: 1261: 1232: 1231: 1230: 1229: 1193: 1191: 1190: 1185: 1168:, valid for all 1167: 1165: 1164: 1159: 1157: 1149: 1148: 1143: 1116: 1114: 1113: 1108: 1090: 1088: 1087: 1082: 1080: 1071: 1055: 1053: 1052: 1047: 1029: 1027: 1026: 1021: 1019: 1010: 995: 993: 992: 987: 939: 937: 936: 931: 923: 914: 908: 899: 875: 866: 860: 851: 848: 845: 837: 828: 822: 813: 761: 759: 758: 753: 747: 736: 734: 729: 708: 703: 702: 701: 675: 674: 673: 672: 627: 625: 624: 619: 616: 612: 603: 602: 601: 577: 573: 564: 563: 562: 536: 535: 534: 533: 503: 501: 500: 495: 478:and in the case 474: 472: 471: 466: 463: 459: 450: 449: 448: 424: 420: 411: 410: 409: 383: 382: 381: 380: 350: 348: 347: 342: 324: 322: 321: 316: 304: 302: 301: 296: 284: 282: 281: 276: 259:smooth functions 256: 254: 253: 248: 237: 236: 217: 215: 214: 209: 194:in the sense of 193: 191: 190: 185: 169: 167: 166: 161: 159: 135: 133: 132: 127: 122: 119: 101: 99: 98: 93: 91: 90: 85: 71:Lipschitz domain 68: 66: 65: 60: 1863: 1862: 1858: 1857: 1856: 1854: 1853: 1852: 1828: 1827: 1804:10.1.1.758.7957 1778: 1762: 1753: 1750: 1738: 1714: 1713: 1702: 1674: 1629: 1612: 1611: 1597: 1569: 1524: 1503: 1487: 1482: 1471: 1470: 1443: 1438: 1437: 1418: 1417: 1394: 1389: 1388: 1343: 1338: 1337: 1292: 1253: 1218: 1213: 1202: 1201: 1170: 1169: 1138: 1127: 1126: 1121: 1093: 1092: 1058: 1057: 1032: 1031: 997: 996: 948: 947: 846: and  776: 775: 693: 664: 659: 648: 647: 634: 632:Generalizations 593: 554: 525: 520: 509: 508: 480: 479: 440: 401: 372: 367: 356: 355: 327: 326: 307: 306: 287: 286: 267: 266: 228: 223: 222: 200: 199: 176: 175: 138: 137: 104: 103: 80: 75: 74: 51: 50: 12: 11: 5: 1861: 1859: 1851: 1850: 1848:Sobolev spaces 1845: 1843:Fluid dynamics 1840: 1830: 1829: 1826: 1825: 1787:(2): 265–289. 1776: 1760: 1749: 1746: 1745: 1744: 1737: 1734: 1733: 1732: 1731: 1730: 1717: 1712: 1709: 1706: 1703: 1701: 1696: 1692: 1688: 1681: 1677: 1672: 1668: 1665: 1662: 1657: 1653: 1649: 1642: 1639: 1636: 1632: 1627: 1623: 1620: 1617: 1614: 1613: 1610: 1607: 1604: 1601: 1598: 1596: 1591: 1587: 1583: 1576: 1572: 1567: 1563: 1560: 1557: 1552: 1548: 1544: 1537: 1534: 1531: 1527: 1522: 1518: 1515: 1512: 1509: 1508: 1506: 1501: 1494: 1490: 1485: 1481: 1478: 1465: 1464: 1450: 1446: 1425: 1401: 1397: 1374: 1369: or  1366: 1363: 1360: 1357: 1352: 1347: 1333: 1332: 1331: 1330: 1319: 1314: 1310: 1306: 1299: 1295: 1290: 1286: 1283: 1280: 1275: 1271: 1267: 1260: 1256: 1251: 1247: 1244: 1241: 1238: 1235: 1228: 1225: 1221: 1216: 1212: 1209: 1196: 1195: 1183: 1180: 1177: 1156: 1152: 1147: 1142: 1137: 1134: 1119: 1118: 1106: 1103: 1100: 1077: 1074: 1068: 1065: 1045: 1042: 1039: 1016: 1013: 1007: 1004: 985: 982: 979: 976: 973: 970: 967: 964: 961: 958: 955: 943: 942: 941: 940: 929: 926: 920: 917: 911: 905: 902: 896: 893: 890: 887: 884: 881: 878: 872: 869: 863: 857: 854: 843: 840: 834: 831: 825: 819: 816: 810: 807: 804: 801: 798: 795: 792: 789: 786: 783: 770: 769: 765: 764: 763: 762: 751: 746: 743: 740: 733: 728: 724: 719: 715: 712: 707: 700: 696: 691: 687: 684: 681: 678: 671: 667: 662: 658: 655: 642: 641: 633: 630: 629: 628: 615: 611: 607: 600: 596: 591: 587: 584: 581: 576: 572: 568: 561: 557: 552: 548: 545: 542: 539: 532: 528: 523: 519: 516: 493: 490: 487: 476: 475: 462: 458: 454: 447: 443: 438: 434: 431: 428: 423: 419: 415: 408: 404: 399: 395: 392: 389: 386: 379: 375: 370: 366: 363: 340: 337: 334: 314: 294: 274: 246: 243: 240: 235: 231: 207: 183: 158: 154: 151: 148: 145: 125: 120: or  117: 114: 111: 89: 84: 58: 13: 10: 9: 6: 4: 3: 2: 1860: 1849: 1846: 1844: 1841: 1839: 1836: 1835: 1833: 1822: 1818: 1814: 1810: 1805: 1800: 1795: 1790: 1786: 1782: 1781:Milan J. 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Index

mathematics
Soviet
Russian
mathematician
Olga Aleksandrovna Ladyzhenskaya
Navier–Stokes equations
interpolation inequalities
Lipschitz domain
weakly differentiable
trace
Sobolev space
smooth functions
compactly supported
Gagliardo–Nirenberg interpolation inequality
weak L 2 {\displaystyle L^{2}} "norm"
Agmon's inequality
Ладыженская, О. А.
arXiv
1303.6351
CiteSeerX
10.1.1.758.7957
doi
10.1007/s00032-013-0202-6
S2CID
44022084
Categories
Inequalities
Fluid dynamics
Sobolev spaces

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