Positive nichtlineare Operatoren

Der erfolgreiche Einsatz des SCHAUDERschen Fixpunktsatzes erfordert die Auswahl einer Menge mit den entsprechenden Eigenschaften, die vom betrachteten Operator in sich abgebildet wird.

In Anwendungen, insbesondere in der Lösungstheorie nichtlinearer Randwertprobleme, handelt es sich meistens um geordnete normierte (aus Funktionen bestehende) Räume und nicht selten um positive, d.h. den betreffenden Kegel invariant lassende, oder isoton wachsende Operatoren, d.h. solche , für die gilt. Wenn Verwechslungen ausgeschlossen sind, nennt man solche Operatoren auch monoton (s. etwa Abschnitt Monotone Operatoren in BANACH-Räumen).

Seien jetzt ein geordneter BANACH-Raum mit abgeschlossenem Kegel und [a,b] ein Ordnungsintervall aus . Ist normal und gilt für einen vollstetigen (nicht notwendigerweise isotonen) Operator , dann besitzt T wenigstens einen Fixpunkt in [a,b] (s. Abbildung).

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Ein weiterer Vorteil der Betrachtungen in geordneten Räumen besteht darin, daß für einen isoton wachsenden Operator , der auf einem (0)-Interval [a,b] des Raumes definiert ist und (lediglich) die Eckpunkte a, b in [a,b] abbildet, also den beiden Bedingungen und genügt, automatisch gilt. Darüber hinaus sind die beiden durch

(12.201)

wohldefinierten (d.h. )) Folgen monoton wachsend bzw. fallend, d.h.  und . Ein Fixpunkt x* bzw. x* des Operators T heißt minimal bzw. maximal, wenn für jeden Fixpunkt z von T die Ungleichung bzw. gilt.
Es gelten nun die folgenden Aussagen (s. Abbildung):

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Seien ein geordneter BANACH-Raum mit abgeschlossenem Kegel und ein stetiger isoton wachsender Operator. Sei mit und . Dann gilt , und der Operator T besitzt einen Fixpunkt in , wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

  1. ist normal und T kompakt.
  2. ist regulär.

Die wie in (12.201) definierten Folgen und konvergieren dann zum minimalen bzw. maximalen Fixpunkt von T in .

Das Konzept der Ober- und Unterlösungen basiert auf diesen Resultaten (s. [12.17], [12.13], [12.14]).