Sei ein beschränktes Gebiet mit -Rand, und sei b>0 eine reelle Konstante. In dem Gebiet
betrachten wir die quasilineare Differentialgleichung
wobei f = f(x, z, p) stetig in der Variablen x, lokal Lipschitzstetig in z, p und monoton wachsend in für sei. Als Randbedingungen fordern wir
Dann gilt
BEWEIS. Zu setze
Wir zeigen, daß für zwei Lösungen und auf gilt:
Setzt man , so folgt daraus unmittelbar die strenge Monotonie. Ebenfalls folgt für zwei beliebige Lösungen aus Stetigkeitsgründen und wegen der Vertauschbarkeit von u und die Eindeutigkeit.
Nun zum Beweis von (3.7). Es gilt
Für folgt , weil f nach Voraussetzung monoton wachsend in ist, insbesondere gilt auch . Für ist f(x,z,p) nach Voraussetzung lokal Lipschitzstetig in z und p. Da die beiden Funktionen und v -Funktionen auf einer kompakten Menge sind, sind die Argumente x, v(x) und kompakt und f dort global Lipschitzstetig. Die Lipschitzkonstante hängt dabei natürlich von v ab. Wegen folgt
Setze
Wir haben damit eine Funktion mit gefunden, so daß gilt. Damit erhalten wir die Differentialungleichung
Diese linearisieren wir wie folgt:
Die Schreibweise der Differenzen als Integrale ist aus folgendem Grund möglich: Da f in den Variablen z und p lokal Lipschitzstetig ist, ist die Funktion aus . Gemäß Satz A5.5 aus [Alt], Seite 185 ist . Setze . G läßt sich durch -Funktionen bzgl. der -Norm approximieren, d.h. es gibt eine Funktionenfolge mit in ; automatisch gilt in . Damit folgt:
Die andere Umformung wird analog gerechtfertigt.
Setze
Falls eindimensional ist, d.h. n=2 gilt, hat U folgendes Aussehen:
Wegen erhalten wir in U die Differentialungleichung
Für gilt aufgrund der Randbedingungen (3.3) und (3.4) oder . Daher folgt für hinreichend kleine aus Satz 3.5 auf . Nach Voraussetzung des Satzes gibt es zu ein , so daß ist. Daher folgt aus Satz 3.7 w>0 in .
Sei die größte Zahl, für die noch für alle gilt. Wie gerade erörtert gilt . Wir möchten zeigen.
Annahme: . Dann gibt es Folgen und mit . Die können so gewählt werden, daß w auf sein Minimum annimmt und somit gilt. Durch Übergang zu einer Teilfolge erreicht man, daß die gegen ein konvergieren. Aus Stetigkeitsgründen folgt . Wie oben gibt es zu ein , so daß ist. Aus Satz 3.7 folgt w>0 in , so daß nicht im Inneren liegen kann. Aus Satz 3.6 folgt , so daß aus dem Dirichletrand stammen muß. Es gilt also:
Fallunterscheidung:
Aus Satz 3.6 folgt , Widerspruch zu .
Aus Satz 3.6 folgt , Widerspruch zu .
Aus Satz 3.8 folgt oder . Beides steht im Widerspruch zu (3.17).
Da alle drei Fälle zum Widerspruch führen, muß die Annahme falsch sein, und es folgt die Behauptung.