Delaunay solutions to the Cahn-Hilliard equations

• Main Author: Hernández Uribe, Álvaro Andrés
• Other Authors: Kowalczyk, Michal
• Language: en
• Published: Universidad de Chile 2018
• Subjects: Física matemática; Ecuaciones; Ecuación Cahn-Hilliard; Reducción de Lyapunov-Schmidt
• Online Access: http://repositorio.uchile.cl/handle/2250/150608

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Modelación Matemática === En esta tesis doctoral se construyen soluciones rotacionalmente simétricas de la ecuación de Cahn-Hilliard en $ \R{^d} $ y se estudian sus propiedades de estabilidad. En el Capítulo \ref{ch1} se presenta la ecuación de Cahn-Hilliard y se explica su origen e interpretación física. Además se repasan varios resultados conocidos, se presenta la notación y se exponen los dos resultados más importantes de esta tesis: el primero establece la existencia de soluciones rotacionalmente simétricas cuyos conjuntos de nivel se aproximan a los unduloides de Delaunay. El segundo resultado afirma que las propiedades de estabilidad de los unduloides de Delanay heredan propiedades de estabilidad de las soluciones encontradas, en el sentido que son no degeneradas y tienen 6 campos de Jacobi con crecimiento moderado. En el Capítulo \ref{prel} se presentan en detalle los principales ingredientes que se necesitan para probar los Teoremas \ref{teo 1} y \ref{teo 2}, a saber las coordenadas de Fermi cerca de una superficie de curvatura media constante, los unduloides de Delaunay y su operador de Jacobi. También se muestra la primera aproximación de la solución anunciada en el Teorema \ref{teo 1}. En el Capítulo \ref{chap proof teo 1} se demuestra el Teorema \ref{teo 1}. Usamos una versión refinada del método de reducción del Lyapunov-Schmidt que simplifica varios aspectos técnicos de construcciones de problemas similares. Los resultados de este capítulo fueron obtenidos en colaboración con mi Profesor Guía, Dr. Micha\l\ Kowalczyk y fueron publicados en la revista \emph{Discrete and Continous Dynamical Systems} bajo el título \emph{Rotationally Symmetric Solutions to the Cahn-Hillard Equation}. Una demostración del Teorema \ref{teo 2} se da el Capítulo \ref{chap proof teo 2}. La clave es relacionar el núcleo del operador linearizado alrededor de nuestra solución con los campos de Jacobi que provienen de invariancias geométricas. Esta relación se puede realizar debido a que es posible separar las variables una vez que se ha aplicado la transformada de Laplace-Fourier. Los resultados de este capítulo también fueron obtenidos con mi profesor Guía y han sido aceptados para su publicación en la revista \emph{Indiana University Mathematics Journal} bajo el título \emph{Nondegeneracy and the Jacobi Fields of Rotationally Symmetric Solutions to the Cahn-Hillard Equation}. In this PhD thesis rotationally symmetric solutions to the Cahn-Hilliard equation are constructed. Also we study its stability properties. In Chapter \ref{ch1} we present the Cahn-Hilliard equation in $ \R^d $ and explain its origin and physical interpretation. We also review several known results, introduce some basic notation and present the two main results of this thesis. The first one states the existence of radially symmetric solutions to the Cahn-Hilliard equation which nodal sets approaches to Delaunay unduloids, and the second one claims that stability properties of the Delaunay unduloids inherit stability properties of the solutions we found in the sense that our solutions are non degenerated and have 6 Jacobi fields with temperate growth. Chapter \ref{prel} is devoted to present in detail the main ingredients we need to prove Theorem \ref{teo 1} and Theorem \ref{teo 2}, namely Fermi coordinates near a constant mean curvature (CMC), the Delaunay unduloids and its Jacobi operator. We also present the construction of the first approximation of the solutions announced in Theorem \ref{teo 1}. In Chapter \ref{chap proof teo 1} we prove Theorem \ref{teo 1}. We use a refined version of the Lyapunov-Schmidt reduction method which simplifies very technical aspects of previous constructions for similar problems. The results of this chapter were obtained in collaboration with my thesis advisor Dr. Micha\l\ Kowalczyk and published in \emph{Discrete and Continuous Dynamical Systems}. A proof of Theorem \ref{teo 2} is given in Chapter \ref{chap proof teo 2}. The key is to relate the kernel of the linearized operator about our solution with the Jacobi fields that comes from the geometric invariances. This relation can be performed since we are able to separate the variables once the Laplace-Fourier transform is applied. The results of this chapter were obtained in collaboration with my thesis advisor Dr. Micha\l\ Kowalczyk and admitted for publication in \emph{Indiana University Mathematics Journal}.