2 次多項式の formal mating に対する canonical obstruction について
Shota Kohara
For the formal mating f of two quadratic polynomials, the precise conditions for the existence of the Thurston obstruction for f is given by the theorem of Tan. When f satisfies these conditions, by the theorem of Thurston, there is no rational map which is Thurston equivalent to f. On the other hand, by using a special Thurston obstruction which is pinched under iteration of the Thurston pullback map, called canonical obstruction, we obtain some rational maps as some kind of limits of slow mating.
In this paper, for the formal mating f with Thurston obstruction, by a recursive
calculation method of Jung, we perform numerical verification of how the postcritical
set of f degenerates. By using the results, we estimate the canonical obstruction
for f and check the consistency with the theorem of Jung, and we calculate limit
rational maps. The organization of this thesis is as follows. In Section 1, we give
some definitions about Thurston map. Then, we define the Thurston obstruction,
which prevents a Thurston map from being Thurton equivalent to some rational
map, and give a statement of the theorem of Thurston. In Section 2, after explaining
polynomial dynamics, we define two types of matings, which are the methods to
obtain dynamics by pasting two polynomial dynamics. In Section 3, we define the
canonical obstruction. In Section 4, we present the theorem of Tan on the mating of
two quadratic polynomials, and the theorem of Jung on the canonical obstruction of
matings. In Section 5, we introduce Jung’s recursive calculation method. In Section 6,
we apply Jung’s method for numerical calculation of some quadratic formal matings
with Thurston obstruction. Then, we estimate the canonical obstruction and derive
rational maps that come from the pinching procedure. The program of Mathematica
used in Section 6 is written in Section 7.
2 次多項式の formal mating に対する canonical obstruction について
小原 翔太
目次
1 Thurston’s theory 4
2 Mating 7
3 Canonical obstruction 12
4 Quadratic mating 14
5 Jung’s method 17
6 Application 21
7 Appendix 29
Introduction
球面上の分岐被覆
f
で分岐点の軌道P f
が有限なものをThurston map
という. 2
つのThurston map
の間には位相共役という標準的な同値関係も考えられるが, Thurston
はそれよりも少し弱い同値関係として
Thurston equivalence
を定義した.
ここで,
どのようなf
が有理写像にThurston equivalent
かという問題が考えられるが,
これに対しThurston
の定理([4])
では, Thurston map f
がどんな有理写像にもThurston equivalent
ではな いことと, f
がThurston obstruction
と呼ばれる球面上の特別な単純閉曲線族をもつこ とが同値であることが示された.
以上の
Thurston
の理論を複素力学系理論に適用することを考える. 2
つの多項式P ,
Q
を上手く選ぶと,
その2
つをある意味で貼り合わせて球面上の写像を構成するmating
という手法を用いることで, P , Q
の性質を受け継いだ特別なThurston map
を構成す ることができる.
特に, 2
つの2
次多項式P (z) = z 2 + p, Q(z) = z 2 + q (p, q ∈ C )
のformal mating P ⊎ Q
がThurston obstruction
をもつためのパラメータp, q
の条件は,
Tan
の定理([11])
により与えられている.
よってこの条件をみたすようにp, q
を取ると
, Thurston
の定理よりP ⊎ Q
は有理写像とThurston equivalent
ではない.
しかし, Teichm¨ uller
空間上のThurston pullback map
の反復合成により退化する性質をもつ, canonical obstruction
と呼ばれる特別なThurston obstruction
を利用すれば, P , Q
のslow mating
に関するある種の極限として複数の有理写像が得られる.
そこで本論文では
, 2
次多項式のformal mating
でThurston obstruction
をもつもの に対し, Jung
の再帰計算手法([12])
を利用してpostcritical set
がどのように退化してい くかを数値的に確かめ,
それによりcanonical obstruction
を推定する.
そしてその推定とJung
の定理([12])
との整合性を確認し, canonical obstruction
を利用して得られる有理 写像を計算する.
以下
,
本論文の構成に関して概説する.
第1
章では, Thurston map
に関連する諸定義を し, Thurston map
が有理写像にThurston equivalent
とならない原因である, Thurston
obstruction
を定義し, Thurston
の定理の主張を述べる.
第2
章では,
一般の多項式力学 系の性質について述べ, 2
つの多項式力学系をある意味で貼り付けることで新たな力学 系を得る手法である, mating
の定義をする.
第3
章では,
第1
章で定義したThurston
obstruction
の中でも, Teichm¨ uller
空間上で定義されるThurston pullback map σ
の反 復合成によって退化していく特別な性質をもつ, canonical obstruction
を定義する.
第4
章では, 2
次多項式のformal mating
がThurston obstruction
をもつための条件を示したTan
の定理,
さらに特別な条件をみたすformal mating
に対するcanonical obstruction
について特徴付けをしたJung
の定理の主張を述べる.
第5
章では, σ
の反復合成によるpostcritical set
の推移を計算することができる, Jung
の再帰計算手法について説明する.
さらに, canonical obstruction
を利用した有理写像の導出についても説明する.
第6
章で は,
第5
章で説明した手法を具体例に対して適用し, canonical obstruction
や有理写像を 計算する.
第7
章には,
第6
章で用いたMathematica
のプログラムをまとめた.
Acknowledgement
本論文の執筆にあたり
,
指導教官として熱心にご指導くださった川平先生に深く御礼申 し上げます.
また,
副査を担当していただいた志賀先生,
藤川先生にも御礼申し上げます.
1 Thurston’s theory
本章では
, branched covering
に関するThurston
の理論について概説する.
特に, Thurston
の定理の主張およびThurston obstruction
の定義をすることが目的である.
以下
, S 2
で位相的な2
次元球面を表すこととする. Definition 1 (Thurston map).
f : S 2 → S 2
がbranched map
であるとは,
任意のa ∈ S 2
に対し,
以下の3
条件を みたすS 2
の局所座標φ : U → C , ψ : V → C
およびn ∈ N
が存在することをいう.
(i) a ∈ U, f (a) ∈ V (ii) φ(a) = ψ(f (a)) = 0
(iii) ψ ◦ f ◦ φ
−1 (z ) = z n on φ(U )
上の
n
を, f
のa
における局所次数といい, deg(f, a)
で表す.
集合Crit f := { a ∈ S 2 | deg(f, a) > 1 }
の元をf
のcritical point
といい,
P f := ∪
n
∈Nf n (Crit f )
を
f
のpostcritical set
という. #P f < ∞
をみたすとき, f
はpostcritically finite
であるといい, postcritically finite
なbranched map
をThurston map
という.
Definition 2 (Thurston equivalent).
Thurston map f, g
がThurston equivalent
であるとは,
以下の3
条件をみたす向 きを保つ同相写像φ, φ
′: S 2 → S 2
が存在することをいう.
(i) φ | P
f= φ
′| P
f(ii) g = φ
′◦ f ◦ φ
−1
(iii) φ, φ
′はP f
を留めてイソトピックDefinition 3 (
周期点).
写像
f
のn
回反復合成をf n
で表すこととする. a
がf
の周期点であるとは, f m (a) = a
となるm ∈ N
が存在することをいい,
この等式をみたすm
のうち最小のものをa
の周期 という.
Remark 1.
特に
, branched map f
のcritical point
が全てf
の周期点であるとき, f
はThurston map
である.
Definition 4 (hyperbolic orbifold).
Thurston map f
に対し, ν f : S 2 → N ∪ {∞}
を以下のように定める.
まずa / ∈ P f
に 対し, ν f (a) := 1
とする.
また, Crit f
に属するf
の周期点b
およびn ∈ N
が存在してa = f n (b)
と書けるとき, ν f (a) := ∞
とする.
これら以外のa
に対しては,
ν f (a) := lcm
b
∈Crit
f,f
k(b)=x deg(f k , b)
とおく
. O f := (S 2 , ν f )
をf
のorbifold
といい,
このオイラー標数χ
をχ( O f ) := 2 − ∑
a
∈S
2(
1 − 1 ν f (a)
)
で定義する
. χ( O f ) < 0
なるO f
を, hyperbolic orbifold
という.
Thurston map
がhyperbolic orbifold
をもつことは, Thurston
の定理を含む様々な定 理の仮定となっている.
よって,
簡単な判定条件をここで示しておく.
Proposition 1.
#P f ≥ 5
ならばf
はhyperbolic orbifold
をもつ.
Proof. a / ∈ P f
に対してν f (a) = 1
であることから, 1 − 1/ν f (a)
はa ∈ P f
のときのみ正 の値となる.
そして, a ∈ P f
のときν f (a) ≥ 2
またはν f (a) = ∞
であることから,
χ( O f ) ≤ 2 − ∑
a
∈P
f( 1 − 1
2 )
= 2 − #P f 2
となるので
, #P f ≥ 5
ならばχ( O f ) < 0
が従う. □
続いてThurston obstruction
を定義するため,
いくつかの用語を準備する. S 2
におい て, P f
を除外点と考えるときはS 2 ∖ P f
とかき, marked point
と考えるときは(S 2 , P f )
とかくこととする.
Definition 5 (essential curve).
S 2 ∖ P f
上の単純閉曲線γ
がessential
であるとは, S 2 ∖ γ
のいずれの連結成分にもP f
の元が2
点以上含まれることをいう.
Definition 6 (f -stable multicurve).
S 2 ∖ P f
上の単純閉曲線の族Γ
が(S 2 , P f )
上のmulticurve
であるとは,
任意の相異 なるγ, γ
′∈ Γ
に対し, γ , γ
′ は互いにホモトピックではなく,
かつγ ∩ γ
′= ∅
であること をいう.
さらに, (S 2 , P f )
上のmulticurve Γ
がf -stable multicurve
であるとは,
任意 のγ ∈ Γ
に対し, f
−1(γ )
の任意のessential
な連結成分が, Γ
のある元にP f
を留めてホ モトピックであることをいう.
Remark 2 ([4]).
#P f ≥ 3
のとき, (S 2 , P f )
上のmulticurve Γ
の元は高々(#P f − 3)
個.
よって特に, f
がThurston map
のとき, #Γ < ∞ .
Definition 7 (Thurston eigenvalue).
f
をThurston map
とし, Γ = { γ 1 , γ 2 , ..., γ n }
をf -stable multicurve
とする.
以下の 式で定まるn × n
行列(a ij ) 1
≤i,j
≤n
を, f
のThurston matrix
という.
a ij := ∑ 1
deg(f | η : η → γ j )
ただし
,
上式の和はγ i
にP f
を留めてホモトピックなf
−1(γ j )
の連結成分η
にわたり, deg(f | η )
はγ j
の各点のf | η
による逆像の個数を表している.
これは非負実正方行列だか ら, Perron-Frobenius
の定理([4] Corollary C1.2)
より最大固有値λ Γ
が存在する.
このλ Γ
をΓ
のThurston eigenvalue
という.
Definition 8 (Thurston obstruction).
λ Γ ≥ 1
をみたすf -stable multicurve Γ
を, f
のThurston obstruction
という.
以上の定義の下で, Thurston map
と有理写像の関係について以下の定理が成り立つ. Theorem 1 (Thurston, [4] Theorem 10.1.14).
hyperbolic orbifold
をもつThurston map f
に対し, f
がある有理写像g
にThurston equivalent
であることと, f
がThurston obstruction
をもたないことは同値である.
さら に, g
は存在すればメビウス変換による共役を除いて一意である.
この定理によれば
, Thurston obstruction
をもつThurston map
と有理写像との間に は,
関連性がないように思える.
しかし第3
章で定義するcanonical obstruction
を用いると
, Thurston map
のある種の変形として有理写像が得られることを第5
章で説明する.
2 Mating
本章では
,
多項式力学系特有の性質について概説する. 2
つの多項式力学系を貼り合わ せる手法として, 2
種類のmating
を定義することが目標である.
C ˆ := C ∪ {∞} , D := { z ∈ C | | z | < 1 }
とおく.
本論文を通して,
集合としてS 2 = ˆ C
と同一視することとし,
単に位相多様体としての構造のみを考慮する場合はS 2
を,
リーマ ン面としての構造まで考慮する場合はC ˆ
と書くこととする.
f : ˆ C → C ˆ
を次数d ( ≥ 2)
のモニックな多項式とする. Remark 3 ([9] Theorem 2.1).
f
はbranched map
の定義をみたす. Definition 9 (filled Julia set, Julia set).
K = K f := { z ∈ C | { f n (z) } n
∈Nは有界}
をf
のfilled Julia set
という.
J = J f := ∂K f
を
f
のJulia set
という.
図
1 f
c(z) = z
2+ c
のfilled Julia set
Remark 4 ([5] Lemma 4.3).
f
−1(K f ) = K f = f (K f ), f
−1(J f ) = J f = f(J f )
である.
Theorem 2 ([5] Theorem 9.5).
K
が連結であることと,
ある等角写像ϕ : C ∖ K → C ∖ D
で,
任意のw ∈ C ∖ D
に対 して以下をみたすものが存在することは同値である.
ϕ ◦ f ◦ ϕ
−1 (w) = w d (1)
さらに
, ϕ
は存在すれば1
の(d − 1)
乗根による回転を除いて一意である. (
このϕ
をB¨ ottcher map
という.
)C ∖ K f //
ϕ
C ∖ K
ϕ
C ∖ D w7→w
d// C ∖ D
⟲
Outline of the proof.
十分大きいr
に対し, ϕ n (z) := (f n (z)) 1/d
n は{| z | > r }
上well- defined
な正則写像であり, n → ∞
としたとき{| z | > r }
上広義一様収束することが示せ る.
収束先をϕ(z) := lim
n
→∞ϕ n (z)
とおくと,
ϕ(f(z )) = lim
n
→∞{ (f n+1 (z )) 1/d
n+1} d = ϕ(z) d
となっているので
, ϕ
は等式(1)
をみたす正則写像である.
さらに, K
が連結であること とCrit f ∖ {∞} ⊂ K
が同値であることを用いると, ϕ
はC ∖ K
上まで正則に拡張され, ϕ : C ∖ K → C ∖ D
が等角写像であることが示せる. □ Remark 5.
特に
d = 2
のとき, B¨ ottcher map
は存在すれば一意に定まる. Definition 10 (external ray).
K
が連結のとき,
各t ∈ R / Z
に対し,
R t = R t (K ) := { ϕ
−1 (re 2πit ) | 1 < r < ∞} ( ⊂ C ∖ K)
を角度t
のexternal ray
という.
Definition 11 (landing point).
K
が連結かつ局所連結のとき, Carath´ eodory
の定理([5] Theorem 17.14)
によりϕ
−1 は∂ D
上に全射連続に拡張される.
このとき各t ∈ R / Z
に対し,
γ(t) = γ f (t) := ϕ
−1 (e 2πit )( ∈ J )
をR t
のlanding point
という.
Proposition 2.
K
が連結かつ局所連結のとき,
各t ∈ R / Z
に対してf (R t ) = R d
·t , f (γ t ) = γ d
·t
が成立 する.
Proof. t ∈ R / Z
を固定する.
等式1
より,
任意の1 < r < ∞
に対してϕ ◦ f ◦ ϕ
−1(re 2πit ) = re 2πidt
であるから
,
両辺をϕ
−1
で写すと,
f ◦ ϕ
−1(re 2πit ) = ϕ
−1(re 2πidt )
が従う
.
よってf(R t ) = R d·t
が成り立つ. f
の連続性より, f (γ t ) = γ d·t
も成り立つ. □ Remark 6 ([3] Theorem 9.1.6, [5] Theorem 18.3, 19.6, 19.7).
f
がpostcritically finite
のとき, K f
は連結かつ局所連結になる.
図
2 rabbit
のexternal ray
i = 1, 2
に対し, f i : ˆ C → C ˆ
を次数d ( ≥ 2)
のモニックな多項式とし, K f
i を単にK i
と 表すこととする. K i
が連結のとき, f i
に対するB¨ ottcher map ϕ i
を|
z lim
|→∞ϕ i (z) z = 1
をみたすように選ぶ.
Definition 12 (formal mating).
2
つの同相写像φ 0 : C → D , φ
∞: C → C ∖ D ˆ
をφ 0 (z) := z
√ | z | 2 + 1 , φ
∞(z) := 1 φ 0 (z)
で定める.
各f i
がモニックであることから, f 1 ⊎ f 2 : ˆ C → C ˆ
をf 1 ⊎ f 2 =
φ 0 ◦ f 1 |
C◦ φ 0
−1 on D φ
∞◦ f 2 |
C◦ φ
∞−1 on ˆ C ∖ D z 7→ z d on ∂ D
と定義すると
,
これはbranched map
になる.
このf 1 ⊎ f 2
をf 1 , f 2
のformal mating
という.図
3 basilica
とrabbit
のformal mating (d = 2)
Remark 7 ([6]).
各
K i
が連結のとき,
任意のt ∈ R / Z
に対し, φ 0 (ϕ
−1 1 (re 2πit )), φ
∞(ϕ
−2 1 (re 2πit ))
のr → ∞
としたときの極限点は,
ともにe 2πit
である.
よって,
さらに各K i
が局所連結のと き, φ 0 (R t (K 1 )) ∪ φ
∞(R
−t (K 2 ))
はφ 0 (γ f
1(t)), φ
∞(γ f
2( − t))
を端点にもつC ˆ
上の単純 曲線となる.
Definition 13 (slow mating).
各
K i
は連結であるとする.
任意のR > 1
を固定する.
各i
に対し,
単純閉曲線{ ϕ
−i 1 (Re 2πit ) | t ∈ R / Z}
に囲まれた, K i
を含む方の領域をU i (R)
とおく.
また,
任意のR
′∈ (R, R 2 )
を固定し, U i := U i (R
′)
とおく. z ∈ U 1 , w ∈ U 2
が同値であることをϕ 1 (z) R
ϕ 2 (w)
R = 1 (
すなわち, | ϕ 1 (z) | · | ϕ 2 (w) | = R d
かつarg ϕ 1 (z) = − arg ϕ 2 (w))
が成り立つことにより定め,
この同値関係∼
に関する商空間S R := U 1 ⊔ U 2 / ∼ ( ∼ = S 2 )
を考える
.
各i
に対し,
射影をq i,R : U i → S R
とおくと, { (q i,R
−1 : q i,R (U i ) → C ) } i=1,2
に より複素構造を入れることでS R
はリーマン面となる(
一意化定理より, S R
はC ˆ
と等角 同型である).
ここで,
等式(1)
よりf i (U i (R)) = U i (R d )
であるから,
以下のようにして 正則写像F f R : S R → S R
d が定まる.
F f R = {
q 1,R
d◦ f 1 ◦ q 1,R
−1on q 1,R (U 1 ) q 2,R
d◦ f 2 ◦ q 2,R
−1 on q 2,R (U 2 )
よって
, 2
つの等角写像h : S R → C ˆ , e h : S R
d→ C ˆ
を用いてF R := e h ◦ F f R ◦ h
−1
とおけ ば, F R : ˆ C → C ˆ
は有理写像になる(
メビウス変換による共役を除いて一意に定まってい る). { F R } R>1
をf 1 , f 2
のslow mating
という.
形式的には
, R = ∞
の場合のslow mating
がformal mating
に対応しており, R
を1
に近付けていく過程がslow mating
であると考えられる.
実際第5
章では, formal mating
とslow mating
をある意味で結びつけるような同相写像を構成することで, slow mating
のR → 1
としたときのある種の極限としてformal mating
と関連した有理写像が得られ ることを説明する.
図
4 basilica
とrabbit
のslow mating (d = 2)
3 Canonical obstruction
本章では
,
第1
章で定義したThurston obstruction
のうち, Thurston pullback map
の反復合成により縮んでいく特別な性質をもつ, canonical obstruction
を定義する.
f
をThurston map
とする. Definition 14 (Teichm¨ uller
空間).
2
つの向きを保つ同相写像ψ, ψ
′: (S 2 , P f ) → C ˆ
に対して以下の2
条件をみたすメビ ウス変換m : ˆ C → C ˆ
が存在するとき, ψ
とψ
′は同値であるという.
(i) m ◦ ψ | P
f= ψ
′| P
f(ii) m ◦ ψ
はψ
′ にP f
を留めてイソトピックこの同値関係に関する
ψ
の同値類を[ψ]
で表すこととし,
T f := { [ψ] | ψ : (S 2 , P f ) → C ˆ
は向きを保つ同相写像}
を, f
のTeichm¨ uller
空間という.
Definition 15 (Thurston pullback map).
向きを保つ同相写像
ψ : (S 2 , P f ) → C ˆ
を固定する. ˆ C
の複素構造を{ (φ i : U i → C ) }
と表す. ψ
は同相写像だから, (S 2 , P f )
の複素構造をµ := { (φ i ◦ ψ : ψ
−1 (U i ) → C ) }
で定める
.
これを用いて, (S 2 , P f )
の別の複素構造µ
′ を以下のように定める.
まずa ∈ S 2 ∖ Crit f
に対し, f(a)
を含むµ
の元φ j ◦ ψ : ψ
−1(U j ) → C
を, f
−1(ψ
−1(U j ))
のa
を含む連結成分V j
に対してf | V
j が単射になるように十分小さく取る.
そして, a
の局所 座標をφ j ◦ ψ ◦ f : V j → C
と定める.
次にb ∈ Crit f
に対しては, f
がbranched map
であ ることから,
以下の3
条件をみたす2
つの局所座標ξ b : V b → C , φ k ◦ ψ : ψ
−1(U k ) → C
が取れる.
(i) b ∈ V b , f (b) ∈ ψ
−1 (U k ) (ii) ξ b (b) = (φ k ◦ ψ)(f (b)) = 0
(iii) (φ k ◦ ψ) ◦ f ◦ ξ b
−1(z) = z deg(f,b) on ξ b (V b )
このことから
, b
の局所座標をξ b : V b → C
と定める.
以上で定義したµ
′ を入れたS 2
をS µ 2
′ で表すこととする.
このとき,
一意化定理より等角写像ψ
′: (S µ 2
′, P f ) → C ˆ
が存在す る. σ f : T f → T f ; [ψ] → [ψ
′]
をThurston pullback map
という. (ψ
′は以下の可換 図式をみたすように定まっている. )
(S 2 , P f ) ψ
′
//
f
( ˆ C , ψ
′(P f ))
ある有理写像
(S 2 , P f ) ψ // ( ˆ C , ψ(P f ))
⟲
一般に
, 3
点以上含む有限集合Z
に対し, S 2 ∖ Z
に双曲計量を入れる.
すなわち,
普遍 被覆写像π : D → S 2 ∖ Z
によるD
上の双曲計量ρ
D= 2 | dz | /(1 − | z | 2 )
の押し出しをS 2 ∖ Z
の計量と定める.
以下
, #P f ≥ 3
を仮定する.
Theorem 3 ([4] Proposition 3.3.8).
S 2 ∖ P f
上のessential curve γ
に対し, γ
にホモトピックなS 2 ∖ P f
上の双曲計量に関 する単純閉測地線がただ1
つ存在する.
Definition 16 (canonical obstruction).
τ = [ψ] ∈ T f , S 2 ∖ P f
上のessential curve γ
に対し, Theorem 3
より, ψ(γ)
にホモト ピックなC ∖ ˆ ψ(P f )
上の双曲計量に関する単純閉測地線がただ1
つ存在する.
この曲線 の双曲計量に関する長さをl τ (γ )
とおく.
また, τ i := σ i f (τ ) (i ∈ N )
と定める.
このとき,
任意のτ ∈ T f
に対してl τ
i(γ ) i −→
→∞0
となるようなS 2 ∖ P f
上のessential curve γ
から なる最大のmulticurve Γ c
を, f
のcanonical obstruction
という.
Remark 8.
P f
を留めたイソトピーによる変形で互いに移り合わないΓ c
の2
つの元γ, γ
′ が共通部 分を持つと仮定する.
このときcollaring theorem([3] Theorem 3.8.3)
より, γ
の双曲計 量に関する長さが0
に近づくとき, γ
′ の双曲計量に関する長さは発散するので, γ
′∈ Γ c
に矛盾
.
以上より, Γ c
はP f
を留めたイソトピーによる変形を除いて一意に定まる.
以下, f
はhyperbolic orbifold
をもつとする.
Theorem 4 ([7] Theorem 1.1).
(1) Γ c = ∅
ならば, f
はある有理写像にThurston equivalent
である. (2) Γ c ̸ = ∅
ならば, Γ c
はf
のThurston obstruction
である.
Theorem 5 ([7] Theorem 1.2).
任意の
τ ∈ T f
に対し,
正の定数E τ
が一様に取れて, γ / ∈ Γ c
ならばl τ
i(γ) ≥ E τ
が任意のi ∈ N
に対して成立する.
よって特に
, τ i
の代表元をψ i
としたとき, i
を大きくしていくごとにψ i (P f )
の元が密 集していくことが分かれば, ψ i (γ )
がそれらの元を囲むようなγ ∈ Γ c
が存在すると考え られる.
そのため第5
章では,
各i
に対してψ i (P f )
の元の座標を計算することができる, Jung
の手法について述べる.
また
, Theorem 4 (1)
の対偶およびTheorem 1
より,
以下が成立する. Theorem 6.
f
がobstruction
をもつならば, f
は空でないcanonical obstruction
をもつ.
4 Quadratic mating
本章では
, 2
次多項式f c (z) := z 2 + c (c ∈ C )
に焦点を絞り, formal mating
がThurston obstruction
をもつ条件を示したTan
の定理, Hubbard tree
を用いたformal mating
のcanonical obstruction
の特徴付けを示したJung
の定理を述べる.
K f
c を単にK c
と表すこととする. Definition 17 (Mandelbrot
集合).
M := { c ∈ C | K c
は連結}
をMandelbrot
集合という. M
◦ の連結成分の中で0
を含むものを
W 0
とおく.
図
5 Mandelbrot
集合これを用いることで
, 2
次多項式のformal mating
がThurston obstruction
をもつか どうかを判定する根拠となる, Tan
の定理を主張できる.
Theorem 7 (Tan, [11] Theorem 1.1).
f c
1, f c
2 がともにpostcritically finite
で,
かつc 1 , c 2
がM ∖ W 0
の同じ連結成分に含ま れるならば, f c
1⊎ f c
2 はどんな有理写像にもThurston equivalent
ではない.
以下
, 0
がf c
の周期n
の周期点である場合を考えることとする. Remark 6
より, K c
は 連結かつ局所連結である.
Theorem 8 ([4] Proposition 10.4.3).
K
◦c
の連結成分の中で, 0
を含むものをV 0
とおく.
このとき,
以下の2
つが成立する.
(i) D
上正則かつη V
−1
0
◦ f c n ◦ η V
0(z) = z 2 (z ∈ D ) (
特にη V
0(0) = 0)
をみたす同相写像η V
0: D → V 0
が一意に存在する.
D z
7→z
2//
η
V0D
η
V0V 0 f
cn// V 0
⟲
(ii) K
◦c
の連結成分V
に対し, f c m : V → V 0
が等角写像となる最小のm ∈ N
が取れる. Carath´ eodory
の定理より,
各等角写像(f c m | V )
−1 ◦ η V
0: D → V
は∂ D
上まで同相に 拡張できる.
拡張後の同相写像をη V : D → V
で表す.
Definition 18 (internal ray).
◦
K c
の連結成分V
に対し, { η V (re 2πit ) } 0
≤r
≤1
をV
の角度t
のinternal ray
という. Definition 19 (regulated path).
区間
[0, 1]
をK c
に埋め込んだもので, K
◦c
の各連結成分との共通部分が高々2
つのinternal ray
しかないものを, K c
上のregulated path
という.
Definition 20 (Hubbard tree).
P f
c= { f c k (0) } 1
≤k
≤n
のうち, 2
点を端点にもつK c
上のregulated path
全ての和集合T c
を, f c
のHubbard tree
という.
また, (T c ∩ K
◦c ) ∖ P f
c の各連結成分を,
それぞれHubbard tree
のedge
と呼ぶこととする.
図
6
左:basilica
右:rabbit
のHubbard tree.
c 1 ̸ = 0
を以下の2
つをみたすように取る. (i) f c
1 はpostcritically finite
である.
(ii) c 2 := c 1
とおくと, f c
1⊎ f c
2 はhyperbolic orbifold
をもつ.
このとき
Theorem 1, 6, 7
より, f c
1⊎ f c
2 はcanonical obstruction Γ
をもつ.
また, c 2 = c 1
であることに対応して, T c
1 のedge E
を実軸に関して反転させたとき, T c
2 のあ るedge
に一致することがわかる.
これをE e
と表すこととする.
以上の仮定の下で,
次のJung
の定理が成り立つ.
Theorem 9 (Jung, [12] Proposition 3.8).
任意の
γ ∈ Γ
に対し, T c
1 のedge E
でγ
がφ 0 (E)
およびφ
∞( E) e
と交わるものがただ1
つ存在する.
Jung
の定理は,
第6
章で行うcanonical obstruction
の推定を裏付ける役割を果たす.
5 Jung’s method
本章では
, formal mating
のpostcritical set
がThurston pullback map
の反復合成 によりどのように移動していくか計算できる, Jung
の手法について説明する.
その後, canonical obstruction
を利用することで, slow mating
のある種の極限として有理写像を 導出する方法についても述べる.
p, q ∈ C
を, P (z) := z 2 + p, Q(z) := z 2 + q
が共にpostcritically finite
となるよう に取る. f := P ⊎ Q
とおく.
各i ∈ N ∪ { 0 }
に対し, p i := P i (0), q i := Q i (0)
とおき, N p := # { P n (0) } n
∈N, N q := # { Q n (0) } n
∈Nと定める.
Remark 9.
定義より
, 0
がP
の周期N p
の周期点であることと, p N
p= 0
であることは同値である.
同様に, 0
がQ
の周期N q
の周期点であることと, q N
q= 0
であることは同値である.
R ≥ 5
を固定し, 0 ≤ t ≤ 1
に対してR t = R 2
1−t と定める.
このとき,
各t
に対しR t = R t+1 2 ,
およびR t
t −→
→∞1
となっていることから, P , Q
のslow mating { F R
t} 0
≤t<
∞ を単 に{ F t } 0
≤t<
∞ と表す. Thurston pullback map σ f
の反復合成によるf
のpostcritical
set
の挙動を見るため,
向きを保つ同相写像の族{ ψ t : (S 2 , P f ) → C} ˆ 0≤t<∞
で以下の可換図式をみたすものを構成したい
.
S 2 ψ
t+1//
f
C ˆ
F
tS 2 ψ
t// C ˆ
⟲
各
t ≥ 0
に対してσ f ([ψ t ]) = [ψ t+1 ]
と定まっていくことから, σ f ([ψ 0 ]) = [ψ 1 ]
をみたす{ ψ t } 0
≤t
≤1
を構成すれば十分である.
まず,
F 0 (z ) = 1 + (q/R 2 ) 1 + (p/R 2 )
z 2 + (p/R 2 ) 1 + (q/R 2 )z 2
と正規化する.
そして| z | ≤ 4
に対して,
ψ t (φ 0 (z)) := 1 + (q/R 2 )(1 − t) 1 + (p/R 2 )(1 − t)
z/R t
1 + (q/R 4 )(1 − t)(z − p) ψ t (φ
∞(z)) := 1 + (q/R 2 )(1 − t)
1 + (p/R 2 )(1 − t)
1 + (p/R 4 )(1 − t)(z − q) z/R t
と定めると
, R 0 = R 2
に注意すれば, | z | ≤ 4
のときF 0 ◦ ψ 1 ◦ φ 0 (z) = F 0
( z R
)
= 1 + (q/R 2 ) 1 + (p/R 2 )
(z 2 + p)/R 2
1 + (q/R 4 ) { (z 2 + p) − p } = ψ 0 ◦ φ 0 ◦ P (z) F 0 ◦ ψ 1 ◦ φ
∞(z) = F 0
( R z
)
= 1 + (q/R 2 ) 1 + (p/R 2 )
1 + (p/R 4 ) { (z 2 + q) − q }
(z 2 + q)/R 2 = ψ 0 ◦ φ 0 ◦ Q(z)
となっているので, φ 0 ( {| z | ≤ 4 } )
およびφ
∞( {| z | ≤ 4 } )
上ではF 0 ◦ ψ 1 = ψ 0 ◦ f
がみた されている.
ここで
Remark 6
よりp, q ∈ M
であることと, M ⊂ {| z | ≤ 2 } (Hubbard 2 Proposition and Definition 10.5.4)
より, | p | , | q | ≤ 2
である.
これとR ≥ 5
より, | z | ≤ 4
のとき| ψ t (φ 0 (z)) | < 1, | ψ t (φ
∞(z)) | > 1
となっているから, φ 0 ( {| z | ≤ 4 } ), φ
∞( {| z | ≤ 4 } )
以 外のところをψ t : (S 2 , P f ) → C ˆ
が向きを保つ同相写像になるように補完する.
そのと き, | z | ≤ 4
でψ t (φ 0 (z)) ≈ z/R t , ψ t (φ
∞(z)) ≈ R t /z
であることに注意すれば, ψ t
は実 軸を実軸の近くに写し, | z | = 1
の近くで恒等写像に近くなるように取れるから.
さらにF 0 ◦ ψ 1 = ψ 0 ◦ f
もみたすようにψ 0 , ψ 1
を拡張することで, σ f ([ψ 0 ]) = [ψ 1 ]
を得る.
以上の