Olga Arsen'evna Oleinik (1925–2001), Volume 50, Number 2



Yüklə 87,15 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix24.02.2018
ölçüsü87,15 Kb.
#27947


Olga Arsen

evna Oleı˘nik

(1925–2001)

Willi Jäger, Peter Lax, and Cathleen Synge Morawetz

220


N

OTICES OF THE

AMS

V

OLUME



50, N

UMBER


2

Her Life


1

On October 13, 2001, Olga Arsen evna Oleı˘nik, one

of  a  handful  of  truly  exceptional  women  mathe-

maticians of the twentieth century, died in Moscow

at the age of seventy-six, succumbing, after a long

struggle, to cancer.

Olga Oleı˘nik was born in the Ukraine on July 2,

1925. In 1941 the Ukraine was invaded by Germany,

and the machine factory where Olga’s father was

bookkeeper was evacuated to Perm in the Urals. The

sixteen-year-old Olga accompanied him and finished

high school there. Her mother, her sister, and her

nephew remained in the Ukraine. Olga then attended

the University of Perm, to which the mathematics

and mechanics faculty of the Moscow State Univer-

sity had also been evacuated. There her talents came

to the attention of professors Sof ya Yanovskaya

and Dynnikov, who arranged in 1944 for her to be-

come a student in Moscow at the university. She was

married briefly and had one son, to whom she was

devoted and who predeceased her.

Oleı˘nik continued at the university, receiving her

doctor’s degree in 1954 with a thesis in partial dif-

ferential  equations  (PDEs)  under  the  guidance  of 

I. G. Petrovskiı˘. The topic, partial differential equa-

tions  with  small  coefficients  multiplying  the

highest-order terms, heralded some of the under-

lying  approaches  to  much  of  her  future  work.

Although she also made contributions to algebraic

geometry,  to  Hilbert’s  sixteenth  problem,  and  to

other topics, her forte and lifetime contributions

were focused on PDEs that arise in very important

applications  such  as  boundary-layer  theory  and

elasticity. In fact, she constantly emphasized the

role of PDEs in applications [O1].

She remained a devoted student and disciple of

Petrovskiı˘ and his memory for her whole life. She

succeeded him to the chair of differential equations,

and despite the political difficulties of the seven-

ties and eighties, she steered the department for-

ward successfully throughout her tenure. Oleı˘nik

received many prizes and awards in her lifetime;

she was named a member of the Russian Academy

of Sciences in 1990 but had earlier been made an

honorary member of too many foreign academies

and  societies  to  list  here.  She  was  also  awarded

many honorary degrees as well as prizes both in

her native land and abroad. In all, she published

more than three hundred papers and eight mono-

graphs.


She was deeply involved in improving and ex-

tending  contacts  between  Russian  and  Western

scientists. She was particularly eager to bring the

Western world to Russian mathematicians and was

therefore anxious to see Western mathematical lit-

erature translated into Russian. An early beneficiary

of  such  a  translation  was  the  new  edition  of

Courant-Hilbert, Vol. 2, which appeared in Russian

in 1962, the same year it appeared in English. When

Courant died in 1972, Oleı˘nik and Paul Aleksandrov

wrote  a  long  obituary  in  Uspekhi

2

emphasizing



Willi Jäger (WJ) is a professor in the Institute for Applied

Mathematics at the University of Heidelberg, Germany. His

email address is jaeger@iwr.uni-heidelberg.de.

Peter  Lax  (PL)  is  professor  emeritus  at  the  Courant 

Institute,  New  York  University.  His  email  address  is

lax@cims.nyu.edu.



Cathleen  Synge  Morawetz  (CSM)  is  professor  emeritus 

at the Courant Institute, New York University. Her email

address is morawetz@cims.nyu.edu.

1

CSM.  The  author  (CSM)  is  indebted  to  Tatiana  A.  Sha-



poshnikova of Moscow University for much of this infor-

mation.

2

P. S. Aleksandrov and O. A. Oleı˘nik, Uspekhi Mat. Nauk



30 (1975), no. 4 (184), 205–26; MR 52 #7786.


F

EBRUARY


2003

N

OTICES OF THE



AMS

221


Courant’s  contributions  to  American  mathemat-

ics through his institute at New York University.

Oleı˘nik loved to travel. In 1960 she met Courant

and  Lax  in  Moscow  on  their  visit  to  Alexandrov, 

an old friend of Courant’s. Thus when she was in-

vited to a women’s congress in California shortly

afterwards, she was able to accept Courant’s invi-

tation to visit New York. It is hard now to remem-

ber  how  unusual  such  a  visit  was  in  the  decade 

following  Stalin’s  death.  She  retained  an  abiding 

affection and interest in those working in Courant’s

group:  K.  O.  Friedrichs,  F.  John,  P.  D.  Lax,  and 

L. Nirenberg. I met her then for the first time, but

I became close to her only when, at G. Fichera’s in-

vitation, she and I spent a month in 1965 together

at  the  University  of  Rome.  The  university  was

“under siege” by the student body, and it was only

Fichera’s  political  skill  that  made  it  possible  for

Oleı˘nik to give her talks. We were excluded from

the campus much of the time, so together we hap-

pily toured the wonderful sights of Rome instead.

Oleı˘nik was a very private person. In the latter

part of her life she suffered badly from knee trou-

ble, which prevented her from walking properly and

sometimes kept her hospitalized. During one such

long  stay  she  kept  occupied  by  writing  another

book.  For  a  woman  who  had  been  so  active  as  a

mathematician and with her students (she super-

vised fifty-six dissertations), these spells of inac-

tivity were trying. She told me once that as a young

student she had worked in what we would call a

lumber camp and how much she, in contrast to the

other girls, had enjoyed doing the hard physical

work.


The life span of Olga Oleı˘nik was from the early

days of the sovietization of Russia to the complete

collapse of communism. I never heard her express

a  political  opinion  nor  make  a  complaint  about

how  things  were  going.  She  clearly  tried  to  live

within the system she had been raised in, and her

model was always her teacher, Petrovskiı˘. Uprooted

from the Ukraine by the war, she identified herself

as a Russian, not as a Ukrainian. Of one thing I am

sure: she believed a larger picture of her country

was the right one.

Oleı˘nik was devoted to mathematics. She drove

her  theorems  to  their  absolute  limits.  She  never

seemed happier than when she was doing mathe-

matics or working with her students, the most im-

portant elements in her life. She left a great deal

of unfinished work, although she had published so

much.  We  may  hope  that  this  work  will  be  com-

pleted by her students and colleagues.

Oleı˘nik  was  one  of  the  major  figures  in  the

study,  during  the  fifties  and  sixties,  of  elliptic 

and parabolic equations. This study was the major

field of partial differential equations at the time,

and many mathematicians such as Agmon, John, 

Ladyzhenskaya,  Morrey,  Nirenberg,  and  Vishik 

were involved in it. It would

make this article too tech-

nical  to  describe  Oleı˘nik’s

most  significant  achieve-

ments in this area, and we

will  confine  the  scientific

description to some of the

many other areas to which

she made even more signif-

icant contributions.

Nonlinear Hyperbolic

Equations

3

During the years 1954–61,



Olga  Oleı˘nik  studied  the

theory of nonlinear hyper-

bolic conservation laws and

the  propagation  of  shock

waves.  Her  contributions

were  basic  and  extremely

original. Her 1957 paper in

the  Uspekhi [O2]  was  par-

ticularly influential. The starting point of her work,

like much in this field, was Eberhard Hopf’s fun-

damental paper of 1950 [H].

Oleı


˘nik’s results deal mainly with the existence,

uniqueness,  and  properties  of  solutions  of  the 

initial-value  problem  for  single  conservation 

laws. She showed that solutions satisfy one-sided

Lipschitz  conditions  and  formulated  for  flux 

functions that have points of inflection what today

is called the Oleı˘nik entropy condition.

Her principal tool was the parabolic perturba-

tion of a conservation law. She proved that as the

coefficient of viscosity tends to zero, the solution

of  the  initial-value  problem  for  the  parabolic 

equation  tends  to  a  solution,  in  the  sense  of 

distributions,  of  the  conservation  law,  and  that

this limit satisfies the Oleı˘nik entropy condition.

In 1957 Oleı˘nik and Vvedenskaya considered a

discretized form of a conservation law and proved

the  convergence  of  their  solutions  to  solutions 

of  the  conservation  law,  as  the  discretization 

parameter  tends  to  zero  [OV].  This  provided 

another approach to the problem.

Oleı˘nik also studied special systems of pairs of

conservation laws, which are derivable from second-

order equations; in 1966 she proved uniqueness of

the initial-value problem in the class of solutions

that satisfy a one-sided Lipschitz condition [O4].

Boundary Layer Theory

4

In their simplest form, Prandtl’s steady 2D bound-



ary-layer equations are obtained from the Navier-

Stokes  equations  by  stretching  the  variables 

appropriately. If 

is distance along the boundary,

3

PL.

4

CSM.

Olga Oleı

˘nik.



222

N

OTICES OF THE



AMS

V

OLUME



50, N

UMBER


2

and  ,  a  depth  variable,  is  distance  from  the 

boundary, the equations become after rescaling:

u

x

v



y

= 0


(mass),

uu

x

vu



y

=

p



x

µu



xx

(x-momentum),



p

y

= 0


(y-momentum).

The standard boundary conditions are = 0 on



= 0 and u

→ U(x) as → ∞. The function is 

the  speed  of  the  flow  “along  the  body”  given  by 

inviscid incompressible flow and is related to the

pressure by Bernoulli’s law,

+

1

2



U

2

= constant.



Upstream,  say  = 0 ,  the  incoming  flow  is  pre-

scribed.  Experimental  observations  confirm  the

scaling.

Thus we have a nonlinear parabolic equation for



with  the  role  of  time  derivative  played  by  the 

Lagrangian along the particle path. The coefficient



is to be found from the mass equation.

The crucial question of how the separation or

breaking  away  of  the  boundary  layer  from  the

boundary takes place is still not resolved. Oleı˘nik’s

work concentrated on where and why separation

does NOT take place by proving that there exists

a unique boundary flow and hence one without

separation, provided in our simple case that p



x

= 0


[O3].  In  real  life  on  an  airplane  wing  this  is

achieved by artificial suction, and Oleı˘nik exam-

ined this question in detail (see [O4]). In 1997, after

many papers with others from 1963 on concern-

ing many different kinds of flow from magneto-

hydrodynamics  to  non-Newtonian  fluids,  she

wrote  a  book  on  the  subject  summarizing  and

proving many background results and her own key

theorems [O5].

Singular Elliptic and Parabolic Theory

5

Equations  of  elliptic  or  parabolic  type  enjoyed  a



great  deal  of  attention  in  the  decades  following

World War II, and Oleı˘nik’s thesis was in this area.

She followed it with many other results, but she may

well be best remembered for her work on degen-

erate problems where an elliptic equation becomes

parabolic at points or segments on the boundary

or  even  in  whole  patches  of  a  domain.  One  of 

the  simplest  examples  is  for  the  solutions  of 

the  wave  equation  depending  only  on  x/t.  Thus 

with  =

|x|,  ρ r/t,  the  equation  for  ru is

(ρ

2

− 1)w



ρρ

ρw



ρ

Λ= 0, where Λ is the angu-



lar part of the Laplacian, and the degeneracy, not

surprisingly, occurs on the light cone ρ = 1 .

Oleı˘nik  determined  the  conditions  for  well-

posedness in many cases and in 1964 generalized

and completed the problems posed by G. Fichera

[F]  (see  [O6]).  The  technique  was  to  add  a  term 

so that the equation remains elliptic and to obtain

estimates  for  the  limiting  case  when  this  term 

vanishes. By 1977, however, Oleı˘nik was directly

using a priori energy estimates [O7].

Homogenization of Differential Equations

6

Oleı˘nik’s contributions to homogenization and her



impact on this field were very broad. Mathemati-

cal modelling leads naturally to systems with mul-

tiple scales, for example in electromagnetism, me-

chanics, material science, and flows through porous

media or biological tissues. The resulting underlying

structures may be highly oscillatory in space and

time.  To  analyze  the  transition  between  the  dif-

ferent scales and to derive effective model equa-

tions are great challenges to mathematical research

and imply many practical consequences. The main

problem lies in identifying the proper scaling and,

if possible, deriving effective equations for limits

when a “scale” goes to 0 or 

∞. The random situa-

tion  especially,  the  most  important  in  real  life,

poses a lot of difficult questions.

The challenge is to derive quantitative results,

including  estimates  for  the  approximations.  Ho-

mogenization, a special kind of averaging, started

as a mathematical discipline only about thirty years

ago, although in physics and engineering such av-

eraging methods had been used for many years to

determine effective properties and effective laws

for heterogeneous media.

The theory of homogenization is strongly linked

to Oleı˘nik’s name. An impressive group of mathe-

maticians  from  the  Department  of  Differential

Equations  at  Moscow  State  University  formed  a

leading team, and with them Oleı˘nik developed a

fruitful  cooperation  with  France,  Germany,  and

Italy, especially after the fall of the iron curtain. The

long list of contributions of Oleı˘nik and her cowork-

ers, covering all of the main areas of homogeniza-

tion, can be found in the monographs by Oleı˘nik,

Shamaev, and Yosifian [OSY] and by Jikov, Kozlov,

and  Oleı˘nik  [JKO].  These  books  are  important

sources  of  information  and  original  ideas,  and

cover important topics in theory and applications.

Oleı˘nik’s  contributions  were  mainly  in  devel-

oping the necessary tools to control the scale limit

for initial and boundary value problems for systems

with  oscillatory  coefficients  or  in  domains  with

complex  structures,  holes,  or  oscillatory  bound-

aries. Essentially two methods are available: energy

methods, based on proper estimates of the solu-

tions  and  compactness  results;  and  multiscale 

expansions.

Introducing fast and slow (microscopic and 

macroscopic) variables, one starts from a formal 

expansion with respect to the scale parameter, 

obtaining a recursive system for the coefficients 

5

CSM.

6

WJ.



F

EBRUARY


2003

N

OTICES OF THE



AMS

223


of the expansion. Oleı˘nik and her coworkers devel-

oped a systematic technique for determining 

approximations and validating the expansion. In 

the case of periodic structures, the approximation

problem in the interior of the domain is reduced to

solving a system with respect to fast variables in the

scaled periodicity cell coupled with slow equations

in the whole domain. Effective equations can often

be obtained by such averaging. The cited monographs

contain many examples.

The analysis at the boundary or at interfaces is

more complicated, and here the contributions of

Oleı˘nik have been especially important. She and her

coworkers did pioneering work on the approximation

near the boundary. The analysis of boundary layers

is a nontrivial problem in the case of periodic struc-

tures. Oleı˘nik and her coworkers obtained optimal

results when the boundary is flat and in rational 

position with respect to the periodicity lattice. In

this situation an unbounded boundary-layer 

cell has to be considered. Ideas developed in the 

papers of Oleı˘nik and Yosifian can be used to study

problems in domains where the scale changes across

an interface. Typical examples are processes in 

partially porous or perforated domains where the

derivation of effective transmission conditions 

and the estimate of the errors at the interface are

the main aims. Flow and transport through filters

are practical, important examples. During her last

years, despite her serious health problems, Olga

Oleı˘nik was also involved with such multiscale 

problems, strongly motivated by the many possible

applications. Oleı˘nik also developed a spectral 

theory adapted to homogenization.

Stochastic homogenization, mainly in the case

of random coefficients, is the main topic in [JKO].

Several important contributions were obtained in

Oleı˘nik’s  group.  Homogenization  of  stochastic

processes,  also  in  random  geometry,  is  a  crucial

topic of ongoing research, and here Oleı˘nik’s in-

fluence is clear.

Problems in Elasticity

7

Traditionally the links between mathematics and



mechanics are very strong in Russia, and Oleı˘nik’s

mathematical  research  reflected  this.  Prominent

examples are Korn-type inequalities, basic in prov-

ing  existence  and  estimating  the  solutions  of 

the  main  boundary-value  problems  in  elasticity.

Consider the tensor e(u) defined by



e

ij

(u) = 



j

u

i



i

u

j

.

Korn inequalities relate the L

2

-norm of e(u) with



the L

2

-norm of 



u, for instance in the form of the

inequality



u

H

1

(Ω)



≤ Cu

L

2

(Ω)



e(u)

L

2

(Ω)



).

In general, assumptions on the domain are nec-

essary:  for  example,  the  assumption  that  Ω is

bounded and a Lipschitz domain. Also, an optimal

constant is wanted, with the constant depending

on Ω. Kondratev and Oleı˘nik obtained the estimate

by a rather simple proof, with asymptotically sharp

constants in the case of star-shaped domains. As

Oleı˘nik liked to say, the original proof was nineteen

pages, Friedrichs’s proof was nine pages, and they

had reduced it to four pages [OSY, Chapter I, §2].

They  also  proved  further  Korn-type  inequalities

that are even more useful.

References

[F] G. F

ICHERA


, Sulle equazioni differenziali lineari ellittico-

paraboliche del secondo ordine, Atti Accad. Naz. Lin-



cei. Mem. Cl. Sci. Fis. Mat. Nat. Sez. I. (8) 5 (1956), 1–30.

[H]  E


BERHARD

H

OPF



,  The  partial  differential  equation

u

t

uu



x

µu



xx

,  Comm.  Pure  Appl.  Math. 3 (1950),

201–30.

[JKO] V. V. J



IKOV

, S. M. K

OSLOV

, and O. A. O



LE

ı˘

NIK



Homog-

enization of Differential Operators and Integral Func-

tionals, translated from the Russian by G. A. Yosifian,

Springer-Verlag, 1994.

[O1] O. A. O

LE

ı˘



NIK

, The place of the theory of differential

equations in contemporary mathematics and its appli-

cations (Russian), Differential Equations and Their Ap-



plications, Moskov. Gos. Univ., Moscow, 1984, pp. 4–17.

[O2] ——— , Discontinuous solutions of non-linear differ-

ential equations, Uspekhi Mat. Nauk 12 (1957), no. 3

(75),  3–73;  English  translation  in  Amer.  Math.  Soc.



Transl. (2) 26 (1963), 95–172.

[O3] ——— , On the equations of a boundary layer, Semi-



nari 1962/63 Anal. Algebra Geom. e Topol., Vol. 1, Ist.

Naz.  Alta  Mat. Ediz.  Cremonese,  Rome,  1962/1963, 

pp. 372–87.

[O4]  ——— ,  On  the  mathematical  theory  of  boundary

layer  for  an  unsteady  flow  of  incompressible  fluid,



Prikl.  Mat.  Mekh. 30,  801–21;  English  translation  in 

J. Appl. Math. Mech. 30 (1966), 951–74 (1967).

[O5] O. A. O

LE

ı˘

NIK



and V. N. S

AMOKHIN


Mathematical Meth-

ods  in  Boundary-Layer  Theory,  Fizmatlit  “Nauka”,

Moscow, 1997; translated into English as Mathemati-



cal  Models  in  Boundary  Layer  Theory,  Chapman  &

Hall, 1999.

[O6] O. A. O

LE

ı˘



NIK

, On a problem of G. Fichera, Dokl. Akad.



Nauk SSSR 157 (1964), 1297–1300 (Russian).

[O7] O. A. O

LE

ı˘

NIK



and G. A. I

OSIF JAN


, Removable boundary

singularities and uniqueness of solutions of boundary

value problems for second order elliptic and parabolic

equations, Funktsional. Anal. i Prilozhen. 11 (1977), 

no. 3, 54–67, 96 (Russian).

[OSY] O. A. O

LE

ı˘

NIK



, A. S. S

HAMAEV


, and G. A. Y

OSIFIAN


Math-

ematical Problems in Elasticity and Homogenization,

North-Holland, 1992.

[OV] O. A. O

LE

ı˘



NIK

and N. D. V

VEDENSKAYA

, The solution of

Cauchy  problem  and  boundary  value  problem  for 

nonlinear  equations  in  the  discontinuous  functions

class, Dokl. Akad. Nauk SSSR (N.S.) 113 (1957), 503–6

(Russian).



7

WJ.

Yüklə 87,15 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©www.genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə