Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике Мы будем пользоваться обозначениями из I.2.1, однако орбиты будут иметь индекс $2 l=c$, как принято в классической литературе. Опишем метод, используемый Ковалевской [55]. Дополнительный первый интеграл $K$ имеет вид Естественно положить $x=p+i q$ и Тогда мы получим в точности то ${ }^{1}$, что сделала Ковалевская. Удобно ввести переменные $y=p-i q$ и $\eta=p^{2}-q^{2}+\gamma_{1}-i\left(2 p q+\gamma_{2}\right)$ и рассмотреть $x, y, \xi$ и $\eta$ как независимые комплексные переменные (они действительно независимы, если комплексифицировать уравнения и считать, что векторы $M$ и $\Gamma$ принадлежат $\mathbf{C}^{3}$, а не $\mathbf{R}^{3}$ ). Итак, следующие четыре уравнения (первые два описывают орбиту $\mathbf{O}_{2 l}$, а два последних представляют собой интегралы $H$ и $K$ ) принимают вид Ковалевская исключила $r$ и $\gamma_{3}$ из первых трех уравнений, воспользовавшись полиномами и Это позволило ей записать уравнение Она также заметила, что и решила рассмотреть кривую $\mathcal{E}$ рода 1 , отвечающую уравнению $u^{2}=-R(x)$. Ее якобиан ${ }^{2}$ является (изоморфной) кривой $\mathcal{E}^{\prime}$, заданной уравнением $t^{2}=S(s)$, где Кривая $\mathcal{E}$ является главным однородным пространством относительно действия группы $\mathcal{E}^{\prime}$. Знаки + и -, которые мы будем использовать, относятся к этому действию. Рассмотрим голоморфную форму $\omega=d x / u$. Автоморфизмы кривой $\mathcal{E}$, которые переводят $\omega$ в $\pm \omega$, имеют вид $M \mapsto P \pm M$ для некоторой точки $P$ кривой $\mathcal{E}^{\prime}$ (см. работы Хорозова и ван Мербеке [43], а также Вейля [86]). Другими словами, точки $P$ кривой $\mathcal{E}^{\prime}$ параметризуют эти автоморфизмы. Это можно объяснить с помощью формул. Будем искать авторморфизм $(x, u) \mapsto(y, v)\left(v^{2}=R(y)\right)$, такой что $\frac{d x}{u}= \pm \frac{d y}{v}$, другими словами, такой что Решения этого дифференциального уравнения удовлетворяют соотношению для некоторого однородного симметрического полинома $\Phi$ по $x$ и $y$, имеющего степень 2 по каждой из переменных, а также степень 2 по параметру $s$. После некоторых (!) вычислений окончательно получаем уравнение которое можно найти на странице 188 работы [55] и в котором Преимущество этого уравнения состоит в следующем: возьмем произвольную точку $M=(x, u)$ на кривой $\mathcal{E}$ (заметим, между прочим, что $-M=(x,-u)$ ). Зафиксируем также точку $P=(s, t) \in \mathcal{E}^{\prime}$ (аналогично, $-P=(s,-t)$ ). Тогда решения уравнения $\Phi_{s}(x, y)=0$ относительно $y$ имеют вид $y(P+M)$ и $y(P-M)$. С другой стороны, если при фиксированном $M$ рассмотреть другую точку $M^{\prime}=(y, v) \in \mathcal{E}$, то решения уравнения $\Phi_{s}(x, y)=0$ относительно $s$ примут вид Это и есть «таинственная замена переменных», найденная Ковалевской: она заменила $x$ и $y$ переменными $s_{1}$ и $s_{2}$. В силу (2), имеем 1.2. Линеаризация потока гамильтониана $H$ Затем Ковалевская рассмотрела уравнение (1) и симметричное ему: и получила Записав откуда и, аналогично, она вывела дифференциальные уравнения, которым удовлетворяют $s_{1}$ и $s_{2}$ : Таким образом, она рассмотрела гиперэллиптическую кривую $X$, отвечающую уравнению $y^{2}=T(s)$. Предложение 1.2.1. Поток гамильтониана $Н$ линеаризуется на якобиане кривой $X$. Доказательство. Рассмотрим отображение Абеля-Якоби: Пусть Якобиан $\operatorname{Jac}(X)$ есть фактор пространства $H^{0}\left(\Omega_{X}^{1}\right)^{\star}$, двойственного к векторному пространству голоморфных форм на $X$, по периодической решетке $\Lambda$. В частности, любую голоморфную форму $\alpha$ на $X$ можно рассматривать как 1-форму на якобиане $\operatorname{Jac}(X)$. Таким образом, $\alpha \in H^{0}\left(\Omega_{X}^{1}\right)$ является (постоянной) 1-формой на $H^{0}\left(\Omega_{X}^{1}\right)^{\star}$, т. е., после факторизации, 1-формой на $\operatorname{Jac}(X)$. Здесь – базис пространства $H^{0}\left(\Omega_{X}^{1}\right)$. Пусть $\left(x_{1}, x_{2}\right)$ – координаты в двойственном пространстве. Положим $u \circ \gamma(t)=\left(x_{1}(t), x_{2}(t)\right)$. Тогда система (4) на $\operatorname{Jac}(X)$ принимает вид Следовательно, потоки (их образы) являются прямыми линиями с линейной параметризацией. Замечание. Это утверждение можно использовать для нахождения решений в терминах $\vartheta$-функций. так что и Уравнение кривой $X$ принимает вид Кривая $X$ является (гиперэллиптической) кривой рода 2 , гладкой тогда и только тогда, когда полином имеет только простые корни. Рис. 10. Дискриминант в случае Ковалевской Дискриминант семейства кривых $X$ описывает значения интегралов $H$ и $K$, для которых $\Phi$ имеет кратный корень. Кратный корень полинома $\varphi$ определяет кривую с точкой возврата, двукратный корень полинома $\left[(z-H)^{2}-K\right]$ дает прямую $(K=0)$, а общий корень этих двух полиномов – параболу, касающуюся кривой с точкой возврата и оси $H$, которая является вещественной частью дискриминанта в плоскости $^{3}(K, H)$ (см. рис. 10$)$. имущество метода «пара Лакса/спектральная кривая/отображение собственных векторов» состоит в том, что мы получаем отображение торов Лиувилля в некоторые абелевы многообразия, которое линеаризует потоки и дает информацию о топологии (как будет показано в этой книге). Возможно поэтому мы не знаем никакой вещественной пары Лакса $^{5}$ для волчка Ковалевской, которая представляла бы кривую $X$ как спектральную кривую. Тем не менее, используя замену переменных Ковалевской, с помощью достаточно сложных вычислений можно получить информацию о топологии регулярных поверхностей уровня и их бифуркаций. Это было сделано Харламовым [47]. Его работа основана на «действительных движениях», впервые исследованных Аппельротом [8]. Последний изучил образ проекции вектора $\Omega$ (или $\frac{1}{2} M$ ) на экваториальную плоскость тела и описал все возможные значения переменных $(p, q)$. В своих исследованиях он рассматривал функции $s_{1}$ и $s_{2}$ (которые использовались в утверждении о линеаризации) и их возможные расположения относительно вещественных корней полинома $T$. С одной стороны, с другой стороны, если $e_{1}, e_{2}, e_{3}$ (соответственно $e_{1}$ ) являются вещественными корнями (соответственно корнем) полинома $\varphi$, то Затем в экваториальной плоскости (в плоскости $(p, q)$ ) Аппельротом было построено семейство линий уровня двух функций $s_{1}$ и $s_{2}$. Области возможности движения – это те области, в которых выполнены указанные выше неравенства. Нетрудно понять, что существенным является расположение рассматриваемой точки $(K, H)$ относительно дискриминанта, которое определяет количество вещественных корней полинома $\varphi$ и их расположение относительно $H \pm \sqrt{K}$. Рис. 11. Возможные движения в плоскости $(p, q)$ Рис. 11 взят из работы Аппельрота [8]. Указанные области возможности движения соответствуют значениям параметров $(K, H)$ из областей на рис. 12 , обозначенных соответственно $\mathbf{1}, \mathbf{2}, 3$ и $4,4^{\prime}$ и 5 ). Позже Харламов [47] определил, сколько точек ( $\Gamma, M$ ) лежит в прообразе произвольной точки $(p, q)$. Тогда оказывается возможным найти количество торов Лиувилля, соответствующих любой компоненте дополнения к дискриминанту. С помощью перестроек областей возможности движения стало возможно исследование бифуркаций торов Лиувилля (что также было сделано Аппельротом). Несмотря на то, что доказательства, приведенные в работе Харламова [47], не полны (что касается бифуркаций, то доказательства полностью отсутствуют ${ }^{6}$ ), следует отметить, что это (насколько известно автору) первая работа, в которой систематически изучены бифуркации лиувиллевых торов и описаны все возможные локальные модели для случая двух степеней свободы.
|
1 |
Оглавление
|