• Nie Znaleziono Wyników

Równanie Monge’a-Amp`ere’a

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Równanie Monge’a-Amp`ere’a"

Copied!
47
0
0

Pełen tekst

(1)

Równanie Monge’a-Amp` ere’a

Zbigniew Błocki

(Uniwersytet Jagielloński) http://gamma.im.uj.edu.pl/ eblocki

Minikonferencja 3 SSDNM

Kraków, 14 X 2011

(2)

Rzeczywiste równanie Monge’a-Amp` ere’a:

det D 2 u = f (x, u, Du)

gdzie u : Ω → R, Ω ⊂ R n

(3)

Rzeczywiste równanie Monge’a-Amp` ere’a:

det D 2 u = f (x, u, Du) gdzie u : Ω → R, Ω ⊂ R n

Przykłady:

1. Krzywizna Gaussa hiperpowierzchni graph u ⊂ R n+1

K = det D 2 u

(1 + |Du| 2 ) (n+2)/2

(4)

Rzeczywiste równanie Monge’a-Amp` ere’a:

det D 2 u = f (x, u, Du) gdzie u : Ω → R, Ω ⊂ R n

Przykłady:

1. Krzywizna Gaussa hiperpowierzchni graph u ⊂ R n+1

K = det D 2 u

(1 + |Du| 2 ) (n+2)/2

2. Problem lokalnego zanurzenia M 2 w R 3

(5)

Rzeczywiste równanie Monge’a-Amp` ere’a:

det D 2 u = f (x, u, Du) gdzie u : Ω → R, Ω ⊂ R n

Przykłady:

1. Krzywizna Gaussa hiperpowierzchni graph u ⊂ R n+1

K = det D 2 u (1 + |Du| 2 ) (n+2)/2 2. Problem lokalnego zanurzenia M 2 w R 3

det D 2 u = K(1 − |Du| 2 ) (równanie Darboux)

(6)

Rzeczywiste równanie Monge’a-Amp` ere’a:

det D 2 u = f (x, u, Du) gdzie u : Ω → R, Ω ⊂ R n

Przykłady:

1. Krzywizna Gaussa hiperpowierzchni graph u ⊂ R n+1

K = det D 2 u (1 + |Du| 2 ) (n+2)/2 2. Problem lokalnego zanurzenia M 2 w R 3

det D 2 u = K(1 − |Du| 2 ) (równanie Darboux)

det(u ij − Γ k ij u k ) = det(g ij ) K (1 − g pq u p u q )

(7)

3. Problem Weyla (Pogorełow/Nirenberg): dla

dowolnej metryki g na S 2 , t. że K > 0, (S 2 , g) można

zanurzyć w R 3 .

(8)

3. Problem Weyla (Pogorełow/Nirenberg): dla

dowolnej metryki g na S 2 , t. że K > 0, (S 2 , g) można zanurzyć w R 3 .

Słabe rozwiązania (A.D. Aleksandrow)

(9)

3. Problem Weyla (Pogorełow/Nirenberg): dla

dowolnej metryki g na S 2 , t. że K > 0, (S 2 , g) można zanurzyć w R 3 .

Słabe rozwiązania (A.D. Aleksandrow)

Jeżeli u ∈ C 2 (Ω) jest funkcją ściśle wypukłą, to Z

E

det D 2 u dλ = vol(Du(E)), E ⊂ Ω.

(10)

3. Problem Weyla (Pogorełow/Nirenberg): dla

dowolnej metryki g na S 2 , t. że K > 0, (S 2 , g) można zanurzyć w R 3 .

Słabe rozwiązania (A.D. Aleksandrow)

Jeżeli u ∈ C 2 (Ω) jest funkcją ściśle wypukłą, to Z

E

det D 2 u dλ = vol(Du(E)), E ⊂ Ω.

Dla dowolnej funkcji wypukłej u : Ω → R definiujemy Du(x) := {y ∈ R n : u(x) + h· − x, yi ≤ u}, x ∈ Ω,

Du(E) = [

x∈E

Du(x), E ⊂ Ω,

M A(u)(E) := vol(Du(E)).

(11)

Twierdzenie (A.D. Aleksandrow)

Ω - ograniczony, ściśle wypukły obszar w R n ,

ϕ ∈ C(∂Ω), µ - miara regularna na Ω, t.że µ(Ω) < ∞.

Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

u ∈ CV X(Ω) ∩ C( ¯ Ω) M A(u) = µ

u = ϕ na ∂Ω.

(12)

Twierdzenie (A.D. Aleksandrow)

Ω - ograniczony, ściśle wypukły obszar w R n ,

ϕ ∈ C(∂Ω), µ - miara regularna na Ω, t.że µ(Ω) < ∞.

Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

u ∈ CV X(Ω) ∩ C( ¯ Ω) M A(u) = µ

u = ϕ na ∂Ω.

Globalna regularność

(Kryłow/Caffarelli-Nirenberg-Spruck)

∂Ω ∈ C , silnie wypukły, ϕ ∈ C (∂Ω), µ = f dλ, f ∈ C ( ¯ Ω), f > 0

⇒ u ∈ C ( ¯ Ω).

(13)

Lokalna regularność

Przykład (Pogorełow): u(x) = (x 2 1 + 1)|x 0 | , β ≥ 0,

gdzie x 0 = (x 2 , . . . , x n ).

(14)

Lokalna regularność

Przykład (Pogorełow): u(x) = (x 2 1 + 1)|x 0 | , β ≥ 0, gdzie x 0 = (x 2 , . . . , x n ). Wtedy

det(u x

i

x

j

) = c(1+x 2 1 ) n−2 (2β−1)−(2β+1)x 2 1 |x 0 | 2(βn+1−n) .

• u wypukła w otoczeniu 0 ⇔ β > 1/2

• det(u x

i

x

j

) - gładkie i > 0, gdy β = 1 − 1/n.

(15)

Lokalna regularność

Przykład (Pogorełow): u(x) = (x 2 1 + 1)|x 0 | , β ≥ 0, gdzie x 0 = (x 2 , . . . , x n ). Wtedy

det(u x

i

x

j

) = c(1+x 2 1 ) n−2 (2β−1)−(2β+1)x 2 1 |x 0 | 2(βn+1−n) .

• u wypukła w otoczeniu 0 ⇔ β > 1/2

• det(u x

i

x

j

) - gładkie i > 0, gdy β = 1 − 1/n.

Zatem u(x) = (x 2 1 + 1)|x 0 | 2(1−1/n) (gdzie n ≥ 3!) spełnia

M A(u) ∈ C , M A(u) > 0, u / ∈ W loc 2,n(n−1)/2 .

(16)

Lokalna regularność

Przykład (Pogorełow): u(x) = (x 2 1 + 1)|x 0 | , β ≥ 0, gdzie x 0 = (x 2 , . . . , x n ). Wtedy

det(u x

i

x

j

) = c(1+x 2 1 ) n−2 (2β−1)−(2β+1)x 2 1 |x 0 | 2(βn+1−n) .

• u wypukła w otoczeniu 0 ⇔ β > 1/2

• det(u x

i

x

j

) - gładkie i > 0, gdy β = 1 − 1/n.

Zatem u(x) = (x 2 1 + 1)|x 0 | 2(1−1/n) (gdzie n ≥ 3!) spełnia M A(u) ∈ C , M A(u) > 0, u / ∈ W loc 2,n(n−1)/2 . Twierdzenie (Urbas) n ≥ 3, u ∈ CV X ∩ W loc 2,p dla pewnego p > n(n − 1)/2. Wtedy

(∗) M A(u) ∈ C , M A(u) > 0 ⇒ u ∈ C .

(17)

Lokalna regularność

Przykład (Pogorełow): u(x) = (x 2 1 + 1)|x 0 | , β ≥ 0, gdzie x 0 = (x 2 , . . . , x n ). Wtedy

det(u x

i

x

j

) = c(1+x 2 1 ) n−2 (2β−1)−(2β+1)x 2 1 |x 0 | 2(βn+1−n) .

• u wypukła w otoczeniu 0 ⇔ β > 1/2

• det(u x

i

x

j

) - gładkie i > 0, gdy β = 1 − 1/n.

Zatem u(x) = (x 2 1 + 1)|x 0 | 2(1−1/n) (gdzie n ≥ 3!) spełnia M A(u) ∈ C , M A(u) > 0, u / ∈ W loc 2,n(n−1)/2 . Twierdzenie (Urbas) n ≥ 3, u ∈ CV X ∩ W loc 2,p dla pewnego p > n(n − 1)/2. Wtedy

(∗) M A(u) ∈ C , M A(u) > 0 ⇒ u ∈ C .

Twierdzenie (Pogorełow) n = 2, u ∈ CV X ⇒ (∗)

(18)

Zespolone równanie Monge’a-Amp` ere’a (CMA)

det(u k ) = f (z, u, Du),

gdzie u : Ω → R, Ω ⊂ C n , jest funkcją plurisubhar-

moniczną (psh), tj. (u k ) ≥ 0

(19)

Zespolone równanie Monge’a-Amp` ere’a (CMA)

det(u k ) = f (z, u, Du),

gdzie u : Ω → R, Ω ⊂ C n , jest funkcją plurisubhar- moniczną (psh), tj. (u k ) ≥ 0

Przykłady zastosowań geometrycznych:

1. Krzywiznę Ricciego na rozmaitościach k¨ ahlerowskich

można wyrazić przy pomocy operatora MA, hipoteza

Calabiego oraz problem istnienia metryk K¨ ahlera-Einsteina

sprowadzają się do rozwiązania niezdegenerowanego CMA

(Yau).

(20)

Zespolone równanie Monge’a-Amp` ere’a (CMA)

det(u k ) = f (z, u, Du),

gdzie u : Ω → R, Ω ⊂ C n , jest funkcją plurisubhar- moniczną (psh), tj. (u k ) ≥ 0

Przykłady zastosowań geometrycznych:

1. Krzywiznę Ricciego na rozmaitościach k¨ ahlerowskich można wyrazić przy pomocy operatora MA, hipoteza Calabiego oraz problem istnienia metryk K¨ ahlera-Einsteina sprowadzają się do rozwiązania niezdegenerowanego CMA (Yau).

2. Równanie dla geodezyjnych w przestrzeni metryk

k¨ ahlerowskich jest równoważne jednorodnemu CMA

(Mabuchi, Semmes, Donaldson).

(21)

Słabe rozwiązania

(22)

Słabe rozwiązania

Przykład (Shiffman-Taylor/Kiselman)

u(z) = (− log |z 1 |) 1/n (|z 2 | 2 + · · · + |z n | 2 − 1)

• u jest psh w otoczeniu 0

• u jest gładka na {z 1 6= 0}

• det(u k ) nie jest całkowalne w pobliżu {z 1 = 0}

(23)

Słabe rozwiązania

Przykład (Shiffman-Taylor/Kiselman)

u(z) = (− log |z 1 |) 1/n (|z 2 | 2 + · · · + |z n | 2 − 1)

• u jest psh w otoczeniu 0

• u jest gładka na {z 1 6= 0}

• det(u k ) nie jest całkowalne w pobliżu {z 1 = 0}

d = ∂ + ¯ ∂, d c = i( ¯ ∂ − ∂), dd c = 2i∂ ¯ ∂

(dd c u) n = dd c u ∧ · · · ∧ dd c u = 4 n n! det(u k ) dλ

(24)

Słabe rozwiązania

Przykład (Shiffman-Taylor/Kiselman)

u(z) = (− log |z 1 |) 1/n (|z 2 | 2 + · · · + |z n | 2 − 1)

• u jest psh w otoczeniu 0

• u jest gładka na {z 1 6= 0}

• det(u k ) nie jest całkowalne w pobliżu {z 1 = 0}

d = ∂ + ¯ ∂, d c = i( ¯ ∂ − ∂), dd c = 2i∂ ¯ ∂

(dd c u) n = dd c u ∧ · · · ∧ dd c u = 4 n n! det(u k ) dλ

Twierdzenie (Bedford-Taylor) Dla u ∈ P SH ∩ L loc

można dobrze zdefiniować miarę regularną (dd c u) n ,

t.że jest ona ciągła dla ciągów monotonicznych.

(25)

Dziedzina zespolonego operatora Monge’a-Amp` ere’a

u ∈ D jeżeli ∃ miara µ, t.że ∀ u j ∈ P SH ∩ C ,

u j ↓ u, mamy (dd c u j ) n µ

(26)

Dziedzina zespolonego operatora Monge’a-Amp` ere’a u ∈ D jeżeli ∃ miara µ, t.że ∀ u j ∈ P SH ∩ C , u j ↓ u, mamy (dd c u j ) n µ

Można łatwo pokazać, że D jest maksymalną podklasą

klasy funkcji psh, w której można dobrze zdefiniować

operator Monge’a-Amp` ere’a tak, że jest on ciągły

względem ciągów malejących.

(27)

Dziedzina zespolonego operatora Monge’a-Amp` ere’a u ∈ D jeżeli ∃ miara µ, t.że ∀ u j ∈ P SH ∩ C , u j ↓ u, mamy (dd c u j ) n µ

Można łatwo pokazać, że D jest maksymalną podklasą klasy funkcji psh, w której można dobrze zdefiniować operator Monge’a-Amp` ere’a tak, że jest on ciągły względem ciągów malejących.

n = 2 Z

ϕ(dd c u) 2 = − Z

du ∧ d c u ∧ dd c ϕ, ϕ ∈ C 0 .

(28)

Dziedzina zespolonego operatora Monge’a-Amp` ere’a u ∈ D jeżeli ∃ miara µ, t.że ∀ u j ∈ P SH ∩ C , u j ↓ u, mamy (dd c u j ) n µ

Można łatwo pokazać, że D jest maksymalną podklasą klasy funkcji psh, w której można dobrze zdefiniować operator Monge’a-Amp` ere’a tak, że jest on ciągły względem ciągów malejących.

n = 2 Z

ϕ(dd c u) 2 = − Z

du ∧ d c u ∧ dd c ϕ, ϕ ∈ C 0 .

Twierdzenie (B.) n = 2 ⇒ D = P SH ∩ W loc 1,2

(29)

Dziedzina zespolonego operatora Monge’a-Amp` ere’a u ∈ D jeżeli ∃ miara µ, t.że ∀ u j ∈ P SH ∩ C , u j ↓ u, mamy (dd c u j ) n µ

Można łatwo pokazać, że D jest maksymalną podklasą klasy funkcji psh, w której można dobrze zdefiniować operator Monge’a-Amp` ere’a tak, że jest on ciągły względem ciągów malejących.

n = 2 Z

ϕ(dd c u) 2 = − Z

du ∧ d c u ∧ dd c ϕ, ϕ ∈ C 0 .

Twierdzenie (B.) n = 2 ⇒ D = P SH ∩ W loc 1,2

Można również scharakteryzować D dla n ≥ 3.

(30)

Problem Dirichleta

Twierdzenie (Bedford-Taylor)

Ω - ograniczony, silnie pseudowypukły obszar w C n f ∈ C( ¯ Ω), f ≥ 0, ϕ ∈ C(∂Ω)

Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

u ∈ P SH(Ω) ∩ C( ¯ Ω)

(dd c u) n = f dλ

u = ϕ na ∂Ω.

(31)

Problem Dirichleta

Twierdzenie (Bedford-Taylor)

Ω - ograniczony, silnie pseudowypukły obszar w C n f ∈ C( ¯ Ω), f ≥ 0, ϕ ∈ C(∂Ω)

Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

u ∈ P SH(Ω) ∩ C( ¯ Ω) (dd c u) n = f dλ u = ϕ na ∂Ω.

Kołodziej: wystarczy założyć, że f ∈ L p (Ω) dla

pewnego p > 1

(32)

Problem Dirichleta

Twierdzenie (Bedford-Taylor)

Ω - ograniczony, silnie pseudowypukły obszar w C n f ∈ C( ¯ Ω), f ≥ 0, ϕ ∈ C(∂Ω)

Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

u ∈ P SH(Ω) ∩ C( ¯ Ω) (dd c u) n = f dλ u = ϕ na ∂Ω.

Kołodziej: wystarczy założyć, że f ∈ L p (Ω) dla pewnego p > 1

B.: wystarczy założyć, że Ω jest hiperwypukły i że ϕ

można przedłużyć do pewnego v ∈ P SH(Ω) ∩ C( ¯ Ω).

(33)

Globalna regularność

(Kryłow/Caffarelli-Kohn-Nirenberg-Spruck)

∂Ω ∈ C , silnie pseudowypukły, ϕ ∈ C (∂Ω),

f ∈ C ( ¯ Ω), f > 0 ⇒ u ∈ C ( ¯ Ω).

(34)

Globalna regularność

(Kryłow/Caffarelli-Kohn-Nirenberg-Spruck)

∂Ω ∈ C , silnie pseudowypukły, ϕ ∈ C (∂Ω), f ∈ C ( ¯ Ω), f > 0 ⇒ u ∈ C ( ¯ Ω).

Twierdzenie (Cheng-Yau, Mok-Yau)

Ω - ograniczony obszar pseudowypukły w C n Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

u ∈ P SH ∩ C (Ω) (det(u k ) = e (n+1)u u = ∞ na ∂Ω.

u k dz j d¯ z k jest jedyną zupełną metryką

K¨ ahlera-Einsteina na Ω.

(35)

Lokalna regularność

Przykład: u(z) = (1 + |z 1 | 2 )|z 0 | 2(1−1/n)

• u ∈ P SH(C n ) \ W loc 2,n(n−1)

• det(u k ) = c(1 + |z 1 | 2 ) n−2

W szczególności, dla u(z 1 , z 2 ) = 2(1 + |z 1 | 2 )|z 2 |

mamy det(u k ) = 1.

(36)

Lokalna regularność

Przykład: u(z) = (1 + |z 1 | 2 )|z 0 | 2(1−1/n)

• u ∈ P SH(C n ) \ W loc 2,n(n−1)

• det(u k ) = c(1 + |z 1 | 2 ) n−2

W szczególności, dla u(z 1 , z 2 ) = 2(1 + |z 1 | 2 )|z 2 | mamy det(u k ) = 1.

Przypadek n = 2 dla zespolonego równania MA nie

jest wyjątkowy!

(37)

Lokalna regularność

Przykład: u(z) = (1 + |z 1 | 2 )|z 0 | 2(1−1/n)

• u ∈ P SH(C n ) \ W loc 2,n(n−1)

• det(u k ) = c(1 + |z 1 | 2 ) n−2

W szczególności, dla u(z 1 , z 2 ) = 2(1 + |z 1 | 2 )|z 2 | mamy det(u k ) = 1.

Przypadek n = 2 dla zespolonego równania MA nie jest wyjątkowy!

Twierdzenie (B.-S. Dinew) u ∈ P SH ∩ W loc 2,p dla pewnego p > n(n − 1). Wtedy

det(u k ) ∈ C , det(u k ) > 0 ⇒ u ∈ C .

(38)

CMA w geometrii k¨ ahlerowskiej

(39)

CMA w geometrii k¨ ahlerowskiej

(M, ω) - zwarta rozmaitość k¨ ahlerwska wymiaru n,

tzn. lok. ω = g k idz j ∧ d¯ z k , ω = ¯ ω, ω > 0, dω = 0

(40)

CMA w geometrii k¨ ahlerowskiej

(M, ω) - zwarta rozmaitość k¨ ahlerwska wymiaru n, tzn. lok. ω = g k idz j ∧ d¯ z k , ω = ¯ ω, ω > 0, dω = 0

Ric ω = −dd c (log det(g k ))

(41)

CMA w geometrii k¨ ahlerowskiej

(M, ω) - zwarta rozmaitość k¨ ahlerwska wymiaru n, tzn. lok. ω = g k idz j ∧ d¯ z k , ω = ¯ ω, ω > 0, dω = 0

Ric ω = −dd c (log det(g k )) Ric ω − Ric e ω = dd c log ω e n

ω n

(42)

CMA w geometrii k¨ ahlerowskiej

(M, ω) - zwarta rozmaitość k¨ ahlerwska wymiaru n, tzn. lok. ω = g k idz j ∧ d¯ z k , ω = ¯ ω, ω > 0, dω = 0

Ric ω = −dd c (log det(g k )) Ric ω − Ric e ω = dd c log ω e n

ω n

c 1 (M ) = {Ric ω }

(43)

CMA w geometrii k¨ ahlerowskiej

(M, ω) - zwarta rozmaitość k¨ ahlerwska wymiaru n, tzn. lok. ω = g k idz j ∧ d¯ z k , ω = ¯ ω, ω > 0, dω = 0

Ric ω = −dd c (log det(g k )) Ric ω − Ric e ω = dd c log ω e n

ω n c 1 (M ) = {Ric ω } Hipoteza Calabiego: Odwzorowanie

{ω} 3 e ω 7−→ Ric ω e ∈ c 1 (M )

jest surjekcją.

(44)

Twierdzenie (Yau) (M, ω) - zwarta rozm. k¨ ahlerowska f ∈ C (M ), f > 0, t.że R

M f ω n = R

M ω n Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

ϕ ∈ C (M ), ω + dd c ϕ > 0 (ω + dd c ϕ) n = f ω n

R

M ϕω n = 0.

(45)

Twierdzenie (Yau) (M, ω) - zwarta rozm. k¨ ahlerowska f ∈ C (M ), f > 0, t.że R

M f ω n = R

M ω n Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

ϕ ∈ C (M ), ω + dd c ϕ > 0 (ω + dd c ϕ) n = f ω n

R

M ϕω n = 0.

Słabe rozwiązania

(46)

Twierdzenie (Yau) (M, ω) - zwarta rozm. k¨ ahlerowska f ∈ C (M ), f > 0, t.że R

M f ω n = R

M ω n Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

ϕ ∈ C (M ), ω + dd c ϕ > 0 (ω + dd c ϕ) n = f ω n

R

M ϕω n = 0.

Słabe rozwiązania

Jednoznaczność (B.): ϕ, ψ ∈ L (M ), ω + dd c ϕ ≥ 0, ω + dd c ψ ≥ 0, (ω + dd c ϕ) n = (ω + dd c ψ) n

⇒ ϕ − ψ = const

(47)

Twierdzenie (Yau) (M, ω) - zwarta rozm. k¨ ahlerowska f ∈ C (M ), f > 0, t.że R

M f ω n = R

M ω n Wtedy ∃! rozwiązanie problemu

 

 

ϕ ∈ C (M ), ω + dd c ϕ > 0 (ω + dd c ϕ) n = f ω n

R

M ϕω n = 0.

Słabe rozwiązania

Jednoznaczność (B.): ϕ, ψ ∈ L (M ), ω + dd c ϕ ≥ 0, ω + dd c ψ ≥ 0, (ω + dd c ϕ) n = (ω + dd c ψ) n

⇒ ϕ − ψ = const

Istnienie (Kołodziej): f ∈ L p (M ) dla pewnego p > 1

(f ≥ 0) ⇒ ∃ ciągłe rozwiązanie

Cytaty

Powiązane dokumenty

Course given at CIME Summer School in Pluripotential Theory Cetraro, Italy, July 11-16, 2011 Abstract We will discuss two main cases where the complex Monge–Amp`ere equation CMA is

It is rather unusual in the theory of nonlinear elliptic equations of second order that the second derivative estimate can be obtained directly from the uniform estimate, bypassing

We prove a partial uniqueness for solutions of the complex Monge-Am- p`ere equation on a compact K¨ ahler manifold in the class of quasiplurisubharmonic functions introduced recently

One can easily show (see [5, Proposition 2.1]) that D is the biggest subclass of the class of psh functions where the complex Monge-Amp`ere operator can be defined as a regular

We prove uniqueness of weak solutions of the Dirich- let problem for the complex Monge-Amp`ere equation on com- pact K¨ahler manifolds.. In this case it is equivalent to the

We study the C 1,1 and Lipschitz regularity of the solutions of the degenerate complex Monge-Amp`ere equation on compact K¨ahler manifolds.. In particular, in view of the

We shall now invoke a few results from the theory of nonlinear elliptic operators and use them to obtain results on local regularity of the complex Monge-Amp`ere operator.. By

Bedford, Survey of pluri-potential theory, Several Complex Variables, Proceedings of the Mittag-Leffler Institute 1987-88, J.E. BÃlocki, The domain of definition of the