On the Cesari fixed point method in a Banach space

In a paper published in 1961, L. Cesari [1] introduces a method which extends certain earlier existence theorems of Cesari and Hale ([2] to [6]) for perturbation problems to strictly nonlinear problems. Various authors ([1], [7] to [15]) have now applied this method to nonlinear ordinary and partial differential equations. The basic idea of the method is to use the contraction principle to reduce an infinite-dimensional fixed point problem to a finite-dimensional problem which may be attacked using the methods of fixed point indexes.

The following is my formulation of the Cesari fixed point method:

Let B be a Banach space and let S be a finite-dimensional linear subspace of B. Let P be a projection of B onto S and suppose Г≤B such that pГ is compact and such that for every x in PГ, P^-1x∩Г is closed. Let W be a continuous mapping from Г into B. The Cesari method gives sufficient conditions for the existence of a fixed point of W in Г.

Let I denote the identity mapping in B. Clearly y = Wy for some y in Г if and only if both of the following conditions hold:

(i) Py = PWy.

(ii) y = (P + (I - P)W)y.

Definition. The Cesari fixed paint method applies to (Г, W, P) if and only if the following three conditions are satisfied:

(1) For each x in PГ, P + (I - P)W is a contraction from P^-1x∩Г into itself. Let y(x) be that element (uniqueness follows from the contraction principle) of P^-1x∩Г which satisfies the equation y(x) = Py(x) + (I-P)Wy(x).

(2) The function y just defined is continuous from PГ into B.

(3) There are no fixed points of PWy on the boundary of PГ, so that the (finite- dimensional) fixed point index i(PWy, int PГ) is defined.

Definition. If the Cesari fixed point method applies to (Г, W, P) then define i(Г, W, P) to be the index i(PWy, int PГ).

The three theorems of this thesis can now be easily stated.

Theorem 1 (Cesari). If i(Г, W, P) is defined and i(Г, W, P) ≠0, then there is a fixed point of W in Г.

Theorem 2. Let the Cesari fixed point method apply to both (Г, W, P₁) and (Г, W, P₂). Assume that P₂P₁=P₁P₂=P₁ and assume that either of the following two conditions holds:

(1) For every b in B and every z in the range of P₂, we have that ‖b=P₂b‖ ≤ ‖b-z‖

(2)P₂Г is convex.

Then i(Г, W, P₁) = i(Г, W, P₂).

Theorem 3. If Ω is a bounded open set and W is a compact operator defined on Ω so that the (infinite-dimensional) Leray-Schauder index i_LS(W, Ω) is defined, and if the Cesari fixed point method applies to (Ω, W, P), then i(Ω, W, P) = i_LS(W, Ω).

Theorems 2 and 3 are proved using mainly a homotopy theorem and a reduction theorem for the finite-dimensional and the Leray-Schauder indexes. These and other properties of indexes will be listed before the theorem in which they are used.

Temporal-space-transforming pulse-shaping system with a knife-edge apparatus for a high-energy laser facility

For the first time to our knowledge, in a high-energy laser facility with an output energy of 454.37 J, by using a temporal-space-transforming pulse-shaping system with our own design of a knife-edge apparatus, we obtained a quasi-square laser pulse. (c) 2005 Optical Society of America.

Simulação biofisicoquímica em reservatório tropical polimítico

O reservatório do Lobo, localizado no estado de São Paulo, é um sistema dinâmico no qual se desenvolve um ciclo diurno de estratificação e mistura, de modo similar ao que tem sido observado em outros lagos tropicais. Utilizou-se simulação 3D computacional com os softwares ELCOM (Estuary and Lake Computer Model) acoplado ao CAEDYM (Computacional Aquatic Ecosystem Dynamics Model), ambos desenvolvidos pelo CWR (Center for Water Research) da Universidade da Austrália. Foram realizadas cinco simulações: Piloto Primavera baseada em dados reais da estação no ano primavera no reservatório para o ano de 2007; Primavera-P em que as concentrações de fósforo total, fosfato inorgânico e fosfato total dissolvido foram aumentadas em 100% no reservatório (coluna de água e sedimento) e nos rios tributários; Primavera-V na qual a intensidade dos ventos foi aumentada em 50%; Primavera-T onde a temperatura da água (reservatório e tributários) e do ar foram aumentadas em 10C e, Primavera-X, onde a temperatura da água (reservatório e tributários) e do ar sofreu aumento em 10C, as concentrações de fósforo total, fosfato inorgânico e fosfato total dissolvido foram aumentadas em 100% e a velocidade do vento aumentada em 50%. A concentração de clorofila a foi representada pelos grupos cianobactérias e clorofíceas. O espaço de tempo das simulações representou 90 dias. As clorofíceas apresentaram maior desenvolvimento populacional do que as cianobactérias em todas as simulações. No reservatório, a mistura vertical é ocasionada diariamente pelo vento ou por processos convectivos causados pela perda de calor no corpo de água. A oxigenação do reservatório é maior com a ocorrência de ventos e de grupos fotossintéticos. As concentrações totais de fósforo e nitrogênio apresentaram aumento em todas as simulações.