Twierdzenie Liouville'a (odwzorowania konformalne) - Liouville's theorem (conformal mappings)

W matematyce , twierdzenie Liouville'a , udowodnione przez Joseph Liouville w 1850 roku, jest sztywność twierdzenie o konforemnych przekształceń w przestrzeni euklidesowej . Stwierdza, że ​​każde gładkie odwzorowanie konformalne w dziedzinie R n , gdzie n  > 2, można wyrazić jako kompozycję translacji , podobieństw , ortogonalnych transformacji i inwersji : są to transformacje Möbiusa (w n wymiarach). To twierdzenie poważnie ogranicza różnorodność możliwych odwzorowań konformalnych w przestrzeniach R 3 i wyższych wymiarach. W przeciwieństwie do odwzorowania konforemne w R 2 może być znacznie bardziej skomplikowane - na przykład, wszystkie łatwo połączone płaskimi domeny są wiernie równoważne przez mapowanie twierdzenia Riemanna .

Uogólnienia twierdzenia obowiązują dla przekształceń, które są tylko słabo różniczkowalne ( Iwaniec i Martin 2001 , rozdział 5). Przedmiotem takiego badania jest nieliniowy układ Cauchy'ego-Riemanna, który jest warunkiem koniecznym i wystarczającym, aby płynne odwzorowanie ƒ  → Ω →  R n było konformalne:

gdzie Df jest pochodną Jakobiana , T jest macierzą transponowaną , a I jest macierzą tożsamości. Słabą rozwiązanie tego układu definiuje się jako element ƒ z Sobolewa przestrzeni W 1, n
loc
( Ω , R n ) z nieujemną determinantą jakobowską prawie wszędzie , tak że układ Cauchy'ego-Riemanna zachowuje się w prawie każdym punkcie Ω. Twierdzenie Liouville'a mówi więc, że każde słabe rozwiązanie (w tym sensie) jest transformacją Möbiusa, co oznacza, że ​​ma postać

gdzie a , b to wektory w R n , α to skalar, A to macierz rotacji, a ε = 0 lub 2. Równoważnie, każda quasi-formalna mapa domeny w przestrzeni euklidesowej, która również jest konformalna, jest transformacją Möbiusa. To równoważne stwierdzenie uzasadnia użycie przestrzeni Sobolewa W 1, n , ponieważ ƒ  ∈  W 1, n
loc
( Ω , R n ) wynika więc z geometrycznego warunku konformalności i charakterystyki ACL przestrzeni Sobolewa. Wynik nie jest jednak optymalny: w parzystych wymiarach n  = 2 k , twierdzenie jest również prawdziwe dla rozwiązań, które zakładamy tylko, że znajdują się w przestrzeni W 1, k
loc
, a wynik ten jest ostry w tym sensie, że istnieją słabe rozwiązania układu Cauchy'ego-Riemanna w W 1, p dla dowolnego p  <  k, które nie są transformacjami Möbiusa. W nieparzystych wymiarach wiadomo, że W 1, n nie jest optymalne, ale ostry wynik nie jest znany.

Podobne wyniki sztywności (w przypadku gładkim) utrzymują się na dowolnym kolektorze konformalnym . Grupa konformalnych izometrii n- wymiarowej konformalnej rozmaitości riemannowskiej zawsze ma wymiar, który nie może przekraczać wymiaru pełnej grupy konformalnej SO ( n +1,1). Równość tych dwóch wymiarów zachodzi dokładnie wtedy, gdy rozmaitość konformalna jest izometryczna z n- sferą lub przestrzenią rzutową . Lokalne wersje wyniku posiadać także: Algebra Lie z konforemnych pola śmierci w zbiorze otwartym ma wymiar mniejszy niż lub równy grupy konformalną, z równości gospodarstwie wtedy i tylko wtedy, gdy zbiór otwarty jest lokalnie konforemnie płaska.

Uwagi

Bibliografia