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(1)

.

.

線織部分多様体について

木村 真琴

茨城大学理学部

平成30年1 月26日

(2)

内容

Introduction

の線織面

球面内の線織部分多様体

(3)

内容

Introduction

R

3 の線織面

球面内の線織部分多様体

球面内の 部分多様体の構成 複素双曲空間内の線織実超曲面について

(4)

内容

Introduction

R

3 の線織面

球面内の線織部分多様体

(5)

内容

Introduction

R

3 の線織面

球面内の線織部分多様体

球面内の austere 部分多様体の構成

複素双曲空間内の線織実超曲面について

(6)

内容

Introduction

R

3 の線織面

球面内の線織部分多様体

球面内の austere 部分多様体の構成

(7)

変分問題と 微分幾何学

微分幾何学において 、 重要な研究対象は変分問 題の解と し て 得ら れる こ と が多い。  

コ ン パク ト 多様体 上の 計量 に 対し て 、 全スカラ ー曲率 の臨界点は

計量 である 。   多様体間の写像

のエネルギー汎関数 の臨界点 は調和写像 と よ ばれる 。

(8)

変分問題と 微分幾何学

微分幾何学において 、 重要な研究対象は変分問 題の解と し て 得ら れる こ と が多い。  

コ ン パク ト 多様体 M 上の Riemann計量 g に

対し て 、 全スカラ ー曲率

Msgd

µ

g の臨界点は

Einstein計量 Ricg

=

λ

g である 。  

多様体間の写像

(9)

変分問題と 微分幾何学

微分幾何学において 、 重要な研究対象は変分問 題の解と し て 得ら れる こ と が多い。  

コ ン パク ト 多様体 M 上の Riemann計量 g に

対し て 、 全スカラ ー曲率

Msgd

µ

g の臨界点は

Einstein計量 Ricg

=

λ

g である 。  

Riemann多様体間の写像 f

: (

M

,

g

)

(

N

,

h

)

のエネルギー汎関数

(

1

/

2

)

M

|

df

|

2d

µ

g の臨界点

は調和写像traceg

df

=

0 と よ ばれる 。

(10)

極小部分多様体

Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体 M につ

いて 、 体積汎関数の (compact supportを も つ)

変分の臨界点は、  

極小部分多様体 である 。

こ こ で、 は

部分多様体 の平均曲率ベク ト ル、 は

の第二基本形式で、 は の接空間

(11)

極小部分多様体

Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体 M につ

いて 、 体積汎関数の (compact supportを も つ)

変分の臨界点は、  

極小部分多様体 H

=

0 である 。

こ こ で、 は

部分多様体 の平均曲率ベク ト ル、 は

の第二基本形式で、 は の接空間

の正規直交基である 。

(12)

極小部分多様体

Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体 M につ

いて 、 体積汎関数の (compact supportを も つ)

変分の臨界点は、  

極小部分多様体 H

=

0 である 。

こ こ で、 H

= (

1

/

n

)

σ

(

ei

,

ei

) (

n

=

dimM

)

は 部分多様体 M の平均曲率ベク ト ル、

σ

は M

(13)

部分多様体の第二基本形式

(

N

,

g

)

の Levi-Civita接続を

N,M の誘導計量

に関する M の Levi-Civita接続を

M と する 。

に接する ベク ト ル場 について 、 と する と 、

は、 の各点で法ベク ト ル空間に値を も つ 対称双一次形式で、 の第二基本形式と いう 。

(14)

部分多様体の第二基本形式

(

N

,

g

)

の Levi-Civita接続を

N,M の誘導計量

に関する M の Levi-Civita接続を

M と する 。

M に接する ベク ト ル場 X

,

Y について 、

σ

(

X

,

Y

) =

N

XY

− ∇

M

XY と する と 、

(15)

部分多様体の第二基本形式

(

N

,

g

)

の Levi-Civita接続を

N,M の誘導計量

に関する M の Levi-Civita接続を

M と する 。

M に接する ベク ト ル場 X

,

Y について 、

σ

(

X

,

Y

) =

N

XY

− ∇

M

XY と する と 、

σ

は、 M の各点で法ベク ト ル空間に値を も つ

対称双一次形式で、 M の第二基本形式と いう 。

(16)

全測地的部分多様体

特に、

σ

=

0 と なる 部分多様体は全測地的であ

る と いう 。

空間 の全測地的部分多様体は、 線形 部分空間 を 平行移動し た 部分空間 であり 、 球面 の全測地的部分多様体は、 大 球 である 。

定義よ り 、 全測地的部分多様体は極小である が、 一般に逆は成り 立たない。

(17)

全測地的部分多様体

特に、

σ

=

0 と なる 部分多様体は全測地的であ

る と いう 。

Euclid空間

R

n の全測地的部分多様体は、 線形

部分空間

R

k (を 平行移動し た affine 部分空間) であり 、 球面 Sn の全測地的部分多様体は、 大

球Sk である 。

定義よ り 、 全測地的部分多様体は極小である が、 一般に逆は成り 立たない。

対称空間の全測地的部分多様体は 長野 によ っ て 研究さ れて いる

(18)

全測地的部分多様体

特に、

σ

=

0 と なる 部分多様体は全測地的であ

る と いう 。

Euclid空間

R

n の全測地的部分多様体は、 線形

部分空間

R

k (を 平行移動し た affine 部分空間) であり 、 球面 Sn の全測地的部分多様体は、 大

球Sk である 。

定義よ り 、 全測地的部分多様体は極小である が、 一般に逆は成り 立たない。

(19)

全測地的部分多様体

特に、

σ

=

0 と なる 部分多様体は全測地的であ

る と いう 。

Euclid空間

R

n の全測地的部分多様体は、 線形

部分空間

R

k (を 平行移動し た affine 部分空間) であり 、 球面 Sn の全測地的部分多様体は、 大

球Sk である 。

定義よ り 、 全測地的部分多様体は極小である が、 一般に逆は成り 立たない。

対称空間の全測地的部分多様体は Chen-長野

によ っ て 研究さ れて いる (Duke Math. J., 1977,1978)

(20)

R

3

の極小曲面

3 次元Euclid 空間

R

3 の極小曲面は、 (局所的 には)「 石鹸膜」 と し て 実現さ れる 。  

の曲面を 、 局所的に 変数関数 の グラ フ と 表し た時、 極小曲面の 方程式は 

(21)

R

3

の極小曲面

3 次元Euclid 空間

R

3 の極小曲面は、 (局所的 には)「 石鹸膜」 と し て 実現さ れる 。  

R

3 の曲面を 、 局所的に 2 変数関数u

(

x

,

y

)

の グラ フ

(

x

,

y

,

u

(

x

,

y

))

と 表し た時、 極小曲面の 方程式は 

と 、 階楕円型偏微分方程式になる 。

(22)

R

3

の極小曲面

3 次元Euclid 空間

R

3 の極小曲面は、 (局所的 には)「 石鹸膜」 と し て 実現さ れる 。  

R

3 の曲面を 、 局所的に 2 変数関数u

(

x

,

y

)

の グラ フ

(

x

,

y

,

u

(

x

,

y

))

と 表し た時、 極小曲面の 方程式は 

(

1

+

u2y

)

uxx

2uxuyuxy

+ (

1

+

u2x

)

uyy

=

0 と 、

(23)

部分多様体の対称性

「 Einstein計量」「 調和写像」「 極小部分多様

体」 の方程式は、 一般にそ れぞれ偏微分方程式 と なり 、 解く のは難し い。  

そ こ で、 考えて いる 対象に対称性を 仮定し て 、 方程式を 常微分方程式に帰着さ せて 、 そ の解を 調べる こ と も 多い。  

の曲面で、「 対称性」 を も つク ラ スと し て 、 回転面と 線織面がある 。

(24)

部分多様体の対称性

「 Einstein計量」「 調和写像」「 極小部分多様

体」 の方程式は、 一般にそ れぞれ偏微分方程式 と なり 、 解く のは難し い。  

そ こ で、 考えて いる 対象に対称性を 仮定し て 、 方程式を 常微分方程式に帰着さ せて 、 そ の解を 調べる こ と も 多い。  

(25)

部分多様体の対称性

「 Einstein計量」「 調和写像」「 極小部分多様

体」 の方程式は、 一般にそ れぞれ偏微分方程式 と なり 、 解く のは難し い。  

そ こ で、 考えて いる 対象に対称性を 仮定し て 、 方程式を 常微分方程式に帰着さ せて 、 そ の解を 調べる こ と も 多い。  

R

3 の曲面で、「 対称性」 を も つク ラ スと し て 、

回転面と 線織面がある 。

(26)

部分多様体の対称性

「 Einstein計量」「 調和写像」「 極小部分多様

体」 の方程式は、 一般にそ れぞれ偏微分方程式 と なり 、 解く のは難し い。  

そ こ で、 考えて いる 対象に対称性を 仮定し て 、 方程式を 常微分方程式に帰着さ せて 、 そ の解を 調べる こ と も 多い。  

R

3 の曲面で、「 対称性」 を も つク ラ スと し て 、

(27)

回転面の一般化

R

3 の回転面は、 半平面内の曲線を 回転する こ と によ り 得ら れる 。  

こ のと き 、 極小曲面の方程式は常微分方程式に 帰着さ れて 、 具体的に解く こ と ができ て 、  

の回転面が極小曲面なら ば、 平面か懸垂 面の一部である 。

こ の結果は、 対称空間内の極小超曲 面の構成など に一般化さ れて いる

(28)

回転面の一般化

R

3 の回転面は、 半平面内の曲線を 回転する こ と によ り 得ら れる 。  

こ のと き 、 極小曲面の方程式は常微分方程式に 帰着さ れて 、 具体的に解く こ と ができ て 、  

の回転面が極小曲面なら ば、 平面か懸垂 面の一部である 。

こ の結果は、 対称空間内の極小超曲 面の構成など に一般化さ れて いる

(29)

回転面の一般化

R

3 の回転面は、 半平面内の曲線を 回転する こ と によ り 得ら れる 。  

こ のと き 、 極小曲面の方程式は常微分方程式に 帰着さ れて 、 具体的に解く こ と ができ て 、  

R

3 の回転面が極小曲面なら ば、 平面か懸垂 面の一部である (Bonnet, 1860)。

こ の結果は、 対称空間内の極小超曲 面の構成など に一般化さ れて いる

(30)

回転面の一般化

R

3 の回転面は、 半平面内の曲線を 回転する こ と によ り 得ら れる 。  

こ のと き 、 極小曲面の方程式は常微分方程式に 帰着さ れて 、 具体的に解く こ と ができ て 、  

R

3 の回転面が極小曲面なら ば、 平面か懸垂 面の一部である (Bonnet, 1860)。

こ の結果は、 Riemann 対称空間内の極小超曲

(31)

懸垂面

(32)

R

3

の線織面

R

3 内の直線の 1 パラ メ ータ ー族から なる 曲面 を線織面と いう 。  

の線織面の例と し て 、 平面、 柱面、 錐面、 常螺旋面、 接線曲面、 一葉双曲面、 双曲放物面

最後の2 つは、 二重線織面 がある 。  

(33)

R

3

の線織面

R

3 内の直線の 1 パラ メ ータ ー族から なる 曲面 を線織面と いう 。  

R

3 の線織面の例と し て 、 平面、 柱面、 錐面、 常螺旋面、 接線曲面、 一葉双曲面、 双曲放物面

(最後の2 つは、 二重線織面)がある 。  

内の直線は 変換で保たれる ので、 線 織面は 幾何の研究対象でも あり 、 さ ら に 射影幾何、 代数幾何でも 研究さ れて いる 。

(34)

R

3

の線織面

R

3 内の直線の 1 パラ メ ータ ー族から なる 曲面 を線織面と いう 。  

R

3 の線織面の例と し て 、 平面、 柱面、 錐面、 常螺旋面、 接線曲面、 一葉双曲面、 双曲放物面

(最後の2 つは、 二重線織面)がある 。  

R

3 内の直線は affine変換で保たれる ので、 線

織面は affine幾何の研究対象でも あり 、 さ ら に

(35)

R

3

の線織面

R

3 内の直線の 1 パラ メ ータ ー族から なる 曲面 を線織面と いう 。  

R

3 の線織面の例と し て 、 平面、 柱面、 錐面、 常螺旋面、 接線曲面、 一葉双曲面、 双曲放物面

(最後の2 つは、 二重線織面)がある 。  

R

3 内の直線は affine変換で保たれる ので、 線

織面は affine幾何の研究対象でも あり 、 さ ら に

射影幾何、 代数幾何でも 研究さ れて いる 。

(36)
(37)

8

の字曲線の錐面

(38)
(39)

一葉双曲面

(40)
(41)

双曲放物面

(42)

R

3

の極小線織面

R

3 内の極小な線織面は、 平面か常螺旋面の一 部である こ と が知ら れて いる (Catalan, 1842)。

こ の結果は、 断面曲率 が一定の実空間型

空間 球面 と 双

曲空間 内の線織部分多様体に一般

(43)

R

3

の極小線織面

R

3 内の極小な線織面は、 平面か常螺旋面の一 部である こ と が知ら れて いる (Catalan, 1842)。

こ の結果は、 断面曲率K が一定の実空間型 Nn

(

K

)

:

空間 球面 と 双

曲空間 内の線織部分多様体に一般

化さ れて いる

(44)

R

3

の極小線織面

R

3 内の極小な線織面は、 平面か常螺旋面の一 部である こ と が知ら れて いる (Catalan, 1842)。

こ の結果は、 断面曲率K が一定の実空間型 Nn

(

K

)

:

Euclid空間

R

n

(

K

=

0

)

,球面 Sn

(

K

>

0

)

と 双 曲空間Hn

(

K

<

0

)

内の線織部分多様体に一般 化さ れて いる (Barbosa-Dajczer-Jorge,

(45)

常螺旋面

(46)

実空間型の線織部分多様体

Nn

(

K

)

の部分多様体 Mk+1 線織部分多様 体である と は、

上余次元 の葉層構造 が存在 し て 、

(47)

実空間型の線織部分多様体

Nn

(

K

)

の部分多様体 Mk+1 線織部分多様 体である と は、

M 上余次元 1 の葉層構造(foliation) F が存在

し て 、

の各 が の全測地的部分多様体 である こ と を いう 。

(48)

実空間型の線織部分多様体

Nn

(

K

)

の部分多様体 Mk+1 線織部分多様 体である と は、

M 上余次元 1 の葉層構造(foliation) F が存在

し て 、

F の各leaf L がNn

(

K

)

の全測地的部分多様体

(49)

実空間型の

極小

線織部分多様体

実空間型Nn

(

K

)

の線織部分多様体 Mk+1

小部分多様体なら ば、

の全測地的部分多様体 を 、 の等長変換の 群で動かし たも のになっ て いる 。

証明のポイ ン ト は、 線織部分多様体 の各 点で、 全測地的 に直交する 方向の単位 ベク ト ル場の積分曲線が、

の等長変換の 群の軌道に なっ て いる こ と を 示すと こ ろ にある 。

(50)

実空間型の

極小

線織部分多様体

実空間型Nn

(

K

)

の線織部分多様体 Mk+1

小部分多様体なら ば、

Nn

(

K

)

の全測地的部分多様体 Nk

(

K

)

を 、

Nn

(

K

)

の等長変換の 1-parameter 群で動かし

たも のになっ て いる 。

証明のポイ ン ト は、 線織部分多様体 の各 点で、 全測地的 に直交する 方向の単位 ベク ト ル場の積分曲線が、

(51)

実空間型の

極小

線織部分多様体

実空間型Nn

(

K

)

の線織部分多様体 Mk+1

小部分多様体なら ば、

Nn

(

K

)

の全測地的部分多様体 Nk

(

K

)

を 、

Nn

(

K

)

の等長変換の 1-parameter 群で動かし

たも のになっ て いる 。

証明のポイ ン ト は、 線織部分多様体 Mk+1 の各 点で、 全測地的 leafL に直交する 方向の単位

ベク ト ル場の積分曲線が、

の等長変換の 群の軌道に なっ て いる こ と を 示すと こ ろ にある 。

(52)

実空間型の

極小

線織部分多様体

実空間型Nn

(

K

)

の線織部分多様体 Mk+1

小部分多様体なら ば、

Nn

(

K

)

の全測地的部分多様体 Nk

(

K

)

を 、

Nn

(

K

)

の等長変換の 1-parameter 群で動かし

たも のになっ て いる 。

証明のポイ ン ト は、 線織部分多様体 Mk+1 の各 点で、 全測地的 leafL に直交する 方向の単位

ベク ト ル場の積分曲線が、

Nn

(

K

)

の等長変換の 1-parameter 群の軌道に

(53)

線織部分多様体の一般化

では、 実空間型の線織部分多様体の定義で、 葉 層構造の余次元を 2以上にし たら ど う か?

特に、 の単位球面 内の大円

の 族から なる 、 次元部分多様体 を大域的にはど う 構成し たら よ いか?

の 余次元が のと き には、 各

に直交する 方向の積分曲線を 見れば、 線織部分 多様体 の構造がわかっ たが、

余次元が 以上の場合は、 の接空間の直交補 空間が作る 接分布 は、 積分可能 と は限ら ない!

(54)

線織部分多様体の一般化

では、 実空間型の線織部分多様体の定義で、 葉 層構造の余次元を 2以上にし たら ど う か?

特に、

R

n+1 の単位球面

Sn

(

1

)

内の大円S1

(

1

)

の 2-parameter族から なる 、 3 次元部分多様体

を大域的にはど う 構成し たら よ いか?

の 余次元が のと き には、 各

に直交する 方向の積分曲線を 見れば、 線織部分 多様体 の構造がわかっ たが、

(55)

線織部分多様体の一般化

では、 実空間型の線織部分多様体の定義で、 葉 層構造の余次元を 2以上にし たら ど う か?

特に、

R

n+1 の単位球面

Sn

(

1

)

内の大円S1

(

1

)

の 2-parameter族から なる 、 3 次元部分多様体

を大域的にはど う 構成し たら よ いか?

(Foliation の)余次元が 1 のと き には、 各 leafL

に直交する 方向の積分曲線を 見れば、 線織部分 多様体Mk+1 の構造がわかっ たが、

余次元が 以上の場合は、 の接空間の直交補 空間が作る 接分布 は、 積分可能 と は限ら ない!

(56)

線織部分多様体の一般化

では、 実空間型の線織部分多様体の定義で、 葉 層構造の余次元を 2以上にし たら ど う か?

特に、

R

n+1 の単位球面

Sn

(

1

)

内の大円S1

(

1

)

の 2-parameter族から なる 、 3 次元部分多様体

を大域的にはど う 構成し たら よ いか?

(Foliation の)余次元が 1 のと き には、 各 leafL

に直交する 方向の積分曲線を 見れば、 線織部分 多様体Mk+1 の構造がわかっ たが、

余次元が 2以上の場合は、 L の接空間の直交補

(57)

線織部分多様体の一般化

R

n+1 の単位球面

Sn

(

1

)

内の大円は、

R

n+1

2

次元部分空間

R

2 と Sn

(

1

)

の共通部分(切り 口) と し て 得ら れる 。

ゆえに、 内の 向き つけら れた 大円の集 合 は、

内の 向き つけら れた 次元部分空間全

体のなす 多様体 と 同一

視でき る

(58)

線織部分多様体の一般化

R

n+1 の単位球面

Sn

(

1

)

内の大円は、

R

n+1

2

次元部分空間

R

2 と Sn

(

1

)

の共通部分(切り 口) と し て 得ら れる 。

ゆえに、 Sn

(

1

)

内の (向き つけら れた)大円の集

合C は、

内の 向き つけら れた 次元部分空間全

体のなす 多様体 と 同一

(59)

線織部分多様体の一般化

R

n+1 の単位球面

Sn

(

1

)

内の大円は、

R

n+1

2

次元部分空間

R

2 と Sn

(

1

)

の共通部分(切り 口) と し て 得ら れる 。

ゆえに、 Sn

(

1

)

内の (向き つけら れた)大円の集

合C は、

R

n+1 内の

(向き つけら れた) 2 次元部分空間全

体のなす Grassmann 多様体 G2

(

R

N+1

)

と 同一

視でき る:

(60)

線織部分多様体の一般化

C

=

{

S1

Sn

}

=

{

R

2

R

n+1

}

=

G2

(

R

n+1

)

.

そ こ で、 内の 次元曲面 から 、 内の大円の 族から なる 、

の 次元部分多様体 が構成でき る はずで

ある 。

(61)

線織部分多様体の一般化

C

=

{

S1

Sn

}

=

{

R

2

R

n+1

}

=

G2

(

R

n+1

)

. そ こ で、 G2

(

R

n+1

)

内の 2次元曲面

Σ

2 から 、

Sn 内の大円の 2-parameter 族から なる 、 Sn

の 3 次元部分多様体 M3 が構成でき る はずで

ある 。

具体的には、 ど う し たら よ いか?

(62)

線織部分多様体の一般化

C

=

{

S1

Sn

}

=

{

R

2

R

n+1

}

=

G2

(

R

n+1

)

. そ こ で、 G2

(

R

n+1

)

内の 2次元曲面

Σ

2 から 、

Sn 内の大円の 2-parameter 族から なる 、 Sn

の 3 次元部分多様体 M3 が構成でき る はずで

ある 。

(63)

Stiefel

多様体

V2

(

R

n+1

) =

{

(

e

,

f

)

M

(

n

+

1

,

2

,

R

)

| ∥

e

=

f

=

1

,

e

,

f

=

0

}

を 、

R

n+2 Stiefel多様 体と する 。

に対し て 、 と で張ら れる

の 次元部分空間

を 対応さ せる 写像を と する と 、

は を 射影と する 、 上の、 主 束の全空間である こ と がわかる 。

(64)

Stiefel

多様体

V2

(

R

n+1

) =

{

(

e

,

f

)

M

(

n

+

1

,

2

,

R

)

| ∥

e

=

f

=

1

,

e

,

f

=

0

}

を 、

R

n+2 Stiefel多様 体と する 。

(

e

,

f

)

V2

(

R

n+1

)

に対し て 、 e f で張ら れる

R

n+1

(oriented) 2 次元部分空間span

{

e

,

f

}

を 対応さ せる 写像を

π

:

V2

(

R

n+1

)

G2

(

R

n+1

)

と する と 、

(65)

Stiefel

多様体

V2

(

R

n+1

) =

{

(

e

,

f

)

M

(

n

+

1

,

2

,

R

)

| ∥

e

=

f

=

1

,

e

,

f

=

0

}

を 、

R

n+2 Stiefel多様 体と する 。

(

e

,

f

)

V2

(

R

n+1

)

に対し て 、 e f で張ら れる

R

n+1

(oriented) 2 次元部分空間span

{

e

,

f

}

を 対応さ せる 写像を

π

:

V2

(

R

n+1

)

G2

(

R

n+1

)

と する と 、

V2

(

R

n+1

)

π

を 射影と する 、 G2

(

R

n+1

)

上の、 主S1-束の全空間である こ と がわかる 。

(66)

引き 戻し 束

2 次元多様体

Σ

2 から G

2

(

R

n+1

)

への

immersion (はめ込み)

ϕ

: Σ

2

G2

(

R

n+1

)

につ いて 、

主 束 の引き 戻し 束を

と する 。

ま た、 を 、

(67)

引き 戻し 束

2 次元多様体

Σ

2 から G

2

(

R

n+1

)

への

immersion (はめ込み)

ϕ

: Σ

2

G2

(

R

n+1

)

につ いて 、

主S1-束

(

V2

(

R

n+1

)

,

G2

(

R

n+1

))

の引き 戻し 束を

(

ϕ

∗V2

(

R

n+1

)

,

Σ

2

)

と する 。

ま た、 を 、

多様体の元に対し て そ の第一成分を 対 応さ せる 写像と する 。

(68)

引き 戻し 束

2 次元多様体

Σ

2 から G

2

(

R

n+1

)

への

immersion (はめ込み)

ϕ

: Σ

2

G2

(

R

n+1

)

につ いて 、

主S1-束

(

V2

(

R

n+1

)

,

G2

(

R

n+1

))

の引き 戻し 束を

(

ϕ

∗V2

(

R

n+1

)

,

Σ

2

)

と する 。

ま た、 pr1

:

V2

(

R

n+1

)

Sn, pr1

(

e

,

f

) =

e を 、

Stiefel 多様体の元に対し て そ の第一成分を 対

(69)

図式

こ のと き 、 M3

:=

ϕ

∗V2

(

R

n+1

)

について 、 次の 図式が得ら れる:

こ こ で は束写像である 。

(70)

図式

こ のと き 、 M3

:=

ϕ

∗V2

(

R

n+1

)

について 、 次の 図式が得ら れる:

M3

−−−−→

η V2

(

R

n+1

)

−−−−→

pr1 S n

π



y



y

π

Σ

2

−−−−→

ϕ G2

(

R

n+1

)

(71)

図式

こ のと き 、 M3

:=

ϕ

∗V2

(

R

n+1

)

について 、 次の 図式が得ら れる:

M3

−−−−→

η V2

(

R

n+1

)

−−−−→

pr1 S n

π



y



y

π

Σ

2

−−−−→

ϕ G2

(

R

n+1

)

こ こ で

η

は束写像である 。

(72)

大円の

2-parameter

こ のと き 、 写像M3 における p

Σ

の各fiber

は、

Φ :=

pr1

η

:

M3

Sn によ っ て 、

によ っ て 定ま る の大円に う つる 。

ゆえに、 によ る の像は、 内の大円の 族から なる

(73)

大円の

2-parameter

こ のと き 、 写像M3 における p

Σ

の各fiber

は、

Φ :=

pr1

η

:

M3

Sn によ っ て 、

ϕ

(

p

)

G2

(

R

n+1

)

によ っ て 定ま る Sn 大円 う つる 。

ゆえに、 によ る の像は、 内の大円の 族から なる

(74)

大円の

2-parameter

こ のと き 、 写像M3 における p

Σ

の各fiber

は、

Φ :=

pr1

η

:

M3

Sn によ っ て 、

ϕ

(

p

)

G2

(

R

n+1

)

によ っ て 定ま る Sn 大円 う つる 。

(75)

複素射影空間

C

n+1

− {

0

}

において 、 z

w

⇔ ∃

λ

C

− {

0

}

, z

=

λ

wで定義さ れる 同値関係によ る 商集合を

複素射影空間と いい、 と かく 。

は 内の原点を 通る 複素直線全体の集 合と みなせる 。

に対し て 、 代表元

を の斉次 座標と いう 。

(76)

複素射影空間

C

n+1

− {

0

}

において 、 z

w

⇔ ∃

λ

C

− {

0

}

, z

=

λ

wで定義さ れる 同値関係によ る 商集合を 複素射影空間と いい、

CP

n と かく 。

は 内の原点を 通る 複素直線全体の集 合と みなせる 。

に対し て 、 代表元

(77)

複素射影空間

C

n+1

− {

0

}

において 、 z

w

⇔ ∃

λ

C

− {

0

}

, z

=

λ

wで定義さ れる 同値関係によ る 商集合を 複素射影空間と いい、

CP

n と かく 。

CP

n は

C

n+1 内の原点を 通る 複素直線全体の集 合と みなせる 。

に対し て 、 代表元

を の斉次 座標と いう 。

(78)

複素射影空間

C

n+1

− {

0

}

において 、 z

w

⇔ ∃

λ

C

− {

0

}

, z

=

λ

wで定義さ れる 同値関係によ る 商集合を 複素射影空間と いい、

CP

n と かく 。

CP

n は

C

n+1 内の原点を 通る 複素直線全体の集 合と みなせる 。

[

z

]

CP

n に対し て 、 代表元 z

= (

z0

,

z2

,

· · ·

,

zn

)

C

n+1

(79)

複素二次曲面

複素射影空間

CP

n で、 方程式

z02

+

z12

+

· · ·

+

zn2

=

0 で定義さ れる 複素超曲

面を 、

複素二次曲面と いい、 と かく 。

の定義方程式は、 の斉次座標 が、 の 内積を 複素線形に拡張し た 複素双 次形式について

ベク ト ルである こ と を 示し て いる 。

(80)

複素二次曲面

複素射影空間

CP

n で、 方程式

z02

+

z12

+

· · ·

+

zn2

=

0 で定義さ れる 複素超曲

面を 、

複素二次曲面と いい、 Qn−1 と かく 。

の定義方程式は、 の斉次座標 が、 の 内積を 複素線形に拡張し た 複素双 次形式について

(81)

複素二次曲面

複素射影空間

CP

n で、 方程式

z02

+

z12

+

· · ·

+

zn2

=

0 で定義さ れる 複素超曲

面を 、

複素二次曲面と いい、 Qn−1 と かく 。

Qn−1 の定義方程式は、

[

z

]

Qn−1 の斉次座標 z が、

R

n+1 Euclid内積を 複素線形に拡張し た 複素双1 次形式について

ベク ト ルである こ と を 示し て いる 。

(82)

複素二次曲面

複素射影空間

CP

n で、 方程式

z02

+

z12

+

· · ·

+

zn2

=

0 で定義さ れる 複素超曲

面を 、

複素二次曲面と いい、 Qn−1 と かく 。

Qn−1 の定義方程式は、

[

z

]

Qn−1 の斉次座標 z が、

R

n+1 Euclid内積を 複素線形に拡張し た 複素双1 次形式について

(83)

Q

n

1

G

2

(

R

n

+

1

)

(

e

,

f

)

V2

(

R

n+1

)

に対し て 、

CP

n の元

[

e

+

1f

]

Qn−1 に含ま れる こ と がわかる 。

そ し て 、 と

の対応は全単射になる 。 以下、 こ の対応によ り と を同 一視する 。

(84)

Q

n

1

G

2

(

R

n

+

1

)

(

e

,

f

)

V2

(

R

n+1

)

に対し て 、

CP

n の元

[

e

+

1f

]

Qn−1 に含ま れる こ と がわかる 。 そ し て 、 span

{

e

,

f

} ∈

G2

(

R

n+1

)

[

e

+

1f

]

Qn−1 の対応は全単射になる 。

(85)

Q

n

1

G

2

(

R

n

+

1

)

(

e

,

f

)

V2

(

R

n+1

)

に対し て 、

CP

n の元

[

e

+

1f

]

Qn−1 に含ま れる こ と がわかる 。 そ し て 、 span

{

e

,

f

} ∈

G2

(

R

n+1

)

[

e

+

1f

]

Qn−1 の対応は全単射になる 。 以下、 こ の対応によ り Qn−1 と G2

(

R

n+1

)

を同 一視する 。

(86)

形作用素

M を Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体、

σ

を M の第二基本形式と する 。

の法ベク ト ル と 接ベク ト ル につい て 、 と する と 、 は

の接空間の対称線形変換と なる 。 を の に関する形作用素と いう 。

の 実 固有値を 、 の 方向の主曲率と いう 。

が全測地的 すべて の について であり 、

(87)

形作用素

M を Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体、

σ

を M の第二基本形式と する 。

M の法ベク ト ル

ν

と 接ベク ト ル X

,

Y につい

て 、

AνX

,

Y

=

σ

(

X

,

Y

)

, ν

と する と 、 A

ν

M の接空間の対称線形変換と なる 。 Aν を M の

ν

に関する形作用素と いう 。

の 実 固有値を 、 の 方向の主曲率と いう 。

が全測地的 すべて の について であり 、

が極小 すべて の について である 。

(88)

形作用素

M を Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体、

σ

を M の第二基本形式と する 。

M の法ベク ト ル

ν

と 接ベク ト ル X

,

Y につい

て 、

AνX

,

Y

=

σ

(

X

,

Y

)

, ν

と する と 、 A

ν

M の接空間の対称線形変換と なる 。 Aν を M の

ν

に関する形作用素と いう 。

Aν の (実)固有値を 、 M の

ν

方向の主曲率と いう 。

が全測地的 すべて の について であり 、

(89)

形作用素

M を Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体、

σ

を M の第二基本形式と する 。

M の法ベク ト ル

ν

と 接ベク ト ル X

,

Y につい

て 、

AνX

,

Y

=

σ

(

X

,

Y

)

, ν

と する と 、 A

ν

M の接空間の対称線形変換と なる 。 Aν を M の

ν

に関する形作用素と いう 。

Aν の (実)固有値を 、 M の

ν

方向の主曲率と いう 。

M が全測地的

すべて の

ν

について Aν

=

0

であり 、

が極小 すべて の について である 。

(90)

形作用素

M を Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体、

σ

を M の第二基本形式と する 。

M の法ベク ト ル

ν

と 接ベク ト ル X

,

Y につい

て 、

AνX

,

Y

=

σ

(

X

,

Y

)

, ν

と する と 、 A

ν

M の接空間の対称線形変換と なる 。 Aν を M の

ν

に関する形作用素と いう 。

Aν の (実)固有値を 、 M の

ν

方向の主曲率と いう 。

M が全測地的

すべて の

ν

について Aν

=

0

であり 、

(91)

Austere

部分多様体

M を Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体と する と き 、

のすべて の法ベク ト ル について 、 形作用 素の固有値の集合が、 の部分集合と し て

倍で不変、

すなわち 方向の主曲率が を 含めて プラ ス・ マイ ナスのペア と し て 現れる と き 、

は の 部分多様体と いう 。

(92)

Austere

部分多様体

M を Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体と する と き 、

M のすべて の法ベク ト ル

ν

について 、 形作用

素の固有値の集合が、

R

の部分集合と し て

(

1

)

倍で不変、

すなわち 方向の主曲率が を 含めて プラ ス・ マイ ナスのペア と し て 現れる と き 、

(93)

Austere

部分多様体

M を Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体と する と き 、

M のすべて の法ベク ト ル

ν

について 、 形作用

素の固有値の集合が、

R

の部分集合と し て

(

1

)

倍で不変、

すなわち

ν

方向の主曲率が (0を 含めて)プラ

ス・ マイ ナスのペア と し て 現れる と き 、

は の 部分多様体と いう 。

(94)

Austere

部分多様体

M を Riemann多様体

(

N

,

g

)

の部分多様体と する と き 、

M のすべて の法ベク ト ル

ν

について 、 形作用

素の固有値の集合が、

R

の部分集合と し て

(

1

)

倍で不変、

すなわち

ν

方向の主曲率が (0を 含めて)プラ

ス・ マイ ナスのペア と し て 現れる と き 、

(95)

C

n

+

1

special Lagrangian cone

特に、 N を Euclid空間

R

n ある いは球面 Sn と する と き 、

の 部分多様体から 、 複素 空

間 の が構成で

き る  (

さ ら に、 多様体

多様体 の 部分多様体は、

数理物理 で重要である 。

部分多様体について は、 馬 場先生が研究さ れて いま す。

(96)

C

n

+

1

special Lagrangian cone

特に、 N を Euclid空間

R

n ある いは球面 Sn と する と き 、

N の austere部分多様体から 、 複素 Euclid空

C

n+1 special Lagrangian cone が構成で き る  ( Harvey-Lawson, Acta Math., 1982)

さ ら に、 多様体

多様体 の 部分多様体は、

数理物理 で重要である 。

(97)

C

n

+

1

special Lagrangian cone

特に、 N を Euclid空間

R

n ある いは球面 Sn と する と き 、

N の austere部分多様体から 、 複素 Euclid空

C

n+1 special Lagrangian cone が構成で き る  ( Harvey-Lawson, Acta Math., 1982)

さ ら に、 Calabi-Yau 多様体(Ricci-flat K ¨ahler

多様体)の special Laigrangian 部分多様体は、

数理物理?で重要である 。

部分多様体について は、 馬 場先生が研究さ れて いま す。

(98)

C

n

+

1

special Lagrangian cone

特に、 N を Euclid空間

R

n ある いは球面 Sn と する と き 、

N の austere部分多様体から 、 複素 Euclid空

C

n+1 special Lagrangian cone が構成で き る  ( Harvey-Lawson, Acta Math., 1982)

さ ら に、 Calabi-Yau 多様体(Ricci-flat K ¨ahler

多様体)の special Laigrangian 部分多様体は、

数理物理?で重要である 。

Special Lagrangian 部分多様体について は、 馬

(99)

Austere

部分多様体の例

2 次元の極小曲面は austere。

偶数次元 空間 を 複素 空間 と 同一視する と き 、 の複素部分多様

体は 。

球面 内の等径超曲面 主曲率が一定 で、

極小であり 、 異なる 主曲率の個数 が か ある いは で主曲率の重複度がすべて 等 し い場合は 。

さ ら に、 のすべて の等径超曲面の

は 。

(100)

Austere

部分多様体の例

2 次元の極小曲面は austere。

偶数次元Euclid空間

R

2n を 複素Euclid空間

C

n と 同一視する と き 、

C

n の複素部分多様 体は austere。

球面 内の等径超曲面 主曲率が一定 で、

極小であり 、 異なる 主曲率の個数 が か ある いは で主曲率の重複度がすべて 等 し い場合は 。

さ ら に、 のすべて の等径超曲面の

(101)

Austere

部分多様体の例

2 次元の極小曲面は austere。

偶数次元Euclid空間

R

2n を 複素Euclid空間

C

n と 同一視する と き 、

C

n の複素部分多様 体は austere。

球面Sn+1 内の等径超曲面 (主曲率が一定)で、 極小であり 、 g (異なる 主曲率の個数)が 3か 6,

ある いは g

=

4 で主曲率の重複度がすべて 等

し い場合は austere。

さ ら に、 のすべて の等径超曲面の

は 。

(102)

Austere

部分多様体の例

2 次元の極小曲面は austere。

偶数次元Euclid空間

R

2n を 複素Euclid空間

C

n と 同一視する と き 、

C

n の複素部分多様 体は austere。

球面Sn+1 内の等径超曲面 (主曲率が一定)で、 極小であり 、 g (異なる 主曲率の個数)が 3か 6,

ある いは g

=

4 で主曲率の重複度がすべて 等

し い場合は austere。

さ ら に、 Sn+1 すべて の等径超曲面の focal

(103)

Austere

線織部分多様体の構成

複素2次曲面Qn−1 は Hemite対称空間で、 特

に K ¨ahler 多様体、 複素多様体である 。

を の複素部分多様体と する 。 の任意 の接ベク ト ルを 、 の斉次座標で 表し た時、「 」 ベク ト ルである と き 、 は等方的である と いう 。

こ のと き 、 前と 同様に構成でき る 上の 束 から 球面へのはめ込みによ っ て 、 は

の 部分多様体と なる 。

(104)

Austere

線織部分多様体の構成

複素2次曲面Qn−1 は Hemite対称空間で、 特

に K ¨ahler 多様体、 複素多様体である 。

Σ

を Qn−1 の複素部分多様体と する 。

Σ

の任意 の接ベク ト ルを 、

CP

n

(

Qn−1

)

の斉次座標で 表し た時、「 isotropic」 ベク ト ルである と き 、

Σ

は等方的である と いう 。

こ のと き 、 前と 同様に構成でき る 上の 束 から 球面へのはめ込みによ っ て 、 は

(105)

Austere

線織部分多様体の構成

複素2次曲面Qn−1 は Hemite対称空間で、 特

に K ¨ahler 多様体、 複素多様体である 。

Σ

を Qn−1 の複素部分多様体と する 。

Σ

の任意 の接ベク ト ルを 、

CP

n

(

Qn−1

)

の斉次座標で 表し た時、「 isotropic」 ベク ト ルである と き 、

Σ

は等方的である と いう 。

こ のと き 、 前と 同様に構成でき る

Σ

上の S1

-束M から 球面へのはめ込みによ っ て 、 M は Sn の austere部分多様体と なる 。

(106)

Austere

線織部分多様体の構成

複素2次曲面Qn−1 は Hemite対称空間で、 特

に K ¨ahler 多様体、 複素多様体である 。

Σ

を Qn−1 の複素部分多様体と する 。

Σ

の任意 の接ベク ト ルを 、

CP

n

(

Qn−1

)

の斉次座標で 表し た時、「 isotropic」 ベク ト ルである と き 、

Σ

は等方的である と いう 。

こ のと き 、 前と 同様に構成でき る

Σ

上の S1

-束M から 球面へのはめ込みによ っ て 、 M は Sn の austere部分多様体と なる 。

(107)

Austere

部分多様体の結果

こ の後、 井川・ 田崎・ 酒井によ っ て 、 球面内の

austere (ある いは弱鏡映)軌道に関する 結果が

ある (J. Math. Soc. Japan, 2009)。  

内の実超曲面 の

によ る 逆像である 、 超曲面 が

と なる ための条件について の結果も 得

ら れた 。

(108)

Austere

部分多様体の結果

こ の後、 井川・ 田崎・ 酒井によ っ て 、 球面内の

austere (ある いは弱鏡映)軌道に関する 結果が

ある (J. Math. Soc. Japan, 2009)。  

CP

2 内の実超曲面

Σ

3 の, Hopf fibration

S5

CP

2 によ る 逆像である 、 超曲面 M4

S5 が

と なる ための条件について の結果も 得

(109)

Austere

部分多様体の結果

こ の後、 井川・ 田崎・ 酒井によ っ て 、 球面内の

austere (ある いは弱鏡映)軌道に関する 結果が

ある (J. Math. Soc. Japan, 2009)。  

CP

2 内の実超曲面

Σ

3 の, Hopf fibration

S5

CP

2 によ る 逆像である 、 超曲面 M4

S5 が

austere と なる ための条件について の結果も 得

ら れた(Cho-K., 2014)。

(110)

複素空間形

K ¨ahler多様体

(

M

,

g

,

J

)

(J2

=

id,複素構造) において 、 H

(

X

) =

g

(

R

(

X

,

JX

)

JX

,

X

)

(X は M

の単位接ベク ト ル)を 、  

と で張ら れる 平面の正則断面曲率と いう 。

が単連結完備で、 正則断面曲率が の点 にも 単位接ベク ト ル にも よ ら ないと き 、

は複素射影空間 複素 空

間 複素双曲空間 の

いずれかである 。

(111)

複素空間形

K ¨ahler多様体

(

M

,

g

,

J

)

(J2

=

id,複素構造) において 、 H

(

X

) =

g

(

R

(

X

,

JX

)

JX

,

X

)

(X は M

の単位接ベク ト ル)を 、  

X と JX で張ら れる 平面の正則断面曲率と

いう 。

が単連結完備で、 正則断面曲率が の点 にも 単位接ベク ト ル にも よ ら ないと き 、

は複素射影空間 複素 空

間 複素双曲空間 の

いずれかである 。

こ れら の空間を複素空間形と いう 。

(112)

複素空間形

K ¨ahler多様体

(

M

,

g

,

J

)

(J2

=

id,複素構造) において 、 H

(

X

) =

g

(

R

(

X

,

JX

)

JX

,

X

)

(X は M

の単位接ベク ト ル)を 、  

X と JX で張ら れる 平面の正則断面曲率と

いう 。

M が単連結完備で、 正則断面曲率が M の点 x

にも 単位接ベク ト ルX にも よ ら ないと き 、

は複素射影空間 複素 空

間 複素双曲空間 の

いずれかである 。

(113)

複素空間形

K ¨ahler多様体

(

M

,

g

,

J

)

(J2

=

id,複素構造) において 、 H

(

X

) =

g

(

R

(

X

,

JX

)

JX

,

X

)

(X は M

の単位接ベク ト ル)を 、  

X と JX で張ら れる 平面の正則断面曲率と

いう 。

M が単連結完備で、 正則断面曲率が M の点 x

にも 単位接ベク ト ルX にも よ ら ないと き 、 M は複素射影空間

CP

n

(

H

>

0

)

, 複素Euclid 空 間

C

n

(

H

=

0

)

,複素双曲空間

CH

n

(

H

<

0

)

の いずれかである 。

こ れら の空間を複素空間形と いう 。

(114)

複素空間形

K ¨ahler多様体

(

M

,

g

,

J

)

(J2

=

id,複素構造) において 、 H

(

X

) =

g

(

R

(

X

,

JX

)

JX

,

X

)

(X は M

の単位接ベク ト ル)を 、  

X と JX で張ら れる 平面の正則断面曲率と

いう 。

M が単連結完備で、 正則断面曲率が M の点 x

(115)

複素双曲空間

z

= (

z0

,

z1

,

· · ·

,

zn

)

w

= (

w0

,

w1

,

· · ·

,

wn

)

C

n+1 に対し て 、  

指数 の 形式

を 考える 。

こ の実部 は、 の指数

の実双一時形式である 。

と こ の不定値内積の組みを と 書く 。

(116)

複素双曲空間

z

= (

z0

,

z1

,

· · ·

,

zn

)

w

= (

w0

,

w1

,

· · ·

,

wn

)

C

n+1 に対し て 、  

指数1 の Hermite 形式

(

z

,

w

)

1

=

z0w

¯

0

+

z1w

¯

1

+

· · ·

+

znw

¯

n を 考える 。

こ の実部 は、 の指数

の実双一時形式である 。

(117)

複素双曲空間

z

= (

z0

,

z1

,

· · ·

,

zn

)

w

= (

w0

,

w1

,

· · ·

,

wn

)

C

n+1 に対し て 、  

指数1 の Hermite 形式

(

z

,

w

)

1

=

z0w

¯

0

+

z1w

¯

1

+

· · ·

+

znw

¯

n を 考える 。 こ の実部

z

,

w

=

Re

(

z

,

w

)

1 は、

C

n+1 の指数

2 の実双一時形式である 。

と こ の不定値内積の組みを と 書く 。

(118)

複素双曲空間

z

= (

z0

,

z1

,

· · ·

,

zn

)

w

= (

w0

,

w1

,

· · ·

,

wn

)

C

n+1 に対し て 、  

指数1 の Hermite 形式

(

z

,

w

)

1

=

z0w

¯

0

+

z1w

¯

1

+

· · ·

+

znw

¯

n を 考える 。 こ の実部

z

,

w

=

Re

(

z

,

w

)

1 は、

C

n+1 の指数

2 の実双一時形式である 。

C

n+1 と こ の不定値内積の組みを

C

n+1

(119)

複素双曲空間

C

n+1

1 の超曲面H 2n+1

1

=

{

z

C

n+1

1

| ⟨

z

,

z

=

1

}

は、 誘導計量について 、 指数1 で定曲率

1 の

疑Riemann 計量を も ち 、  

次元 空間と よ ばれる 。 こ の空間を 、 への単位複素数

の作用で割っ た空間が、

複素双曲空間 である 。

(120)

複素双曲空間

C

n+1

1 の超曲面H 2n+1

1

=

{

z

C

n+1

1

| ⟨

z

,

z

=

1

}

は、 誘導計量について 、 指数1 で定曲率

1 の

疑Riemann 計量を も ち 、  

2n

+

1 次元anti de-Sitter空間と よ ばれる 。

こ の空間を 、 への単位複素数 の作用で割っ た空間が、

参照

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