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$ \mathbb{H}$P3中的共形极小曲面的构造

本站小编 Free考研考试/2021-12-25

张文娟, 陈晓东
中国科学院大学数学科学学院, 北京 100049
2017年03月13日 收稿; 2017年04月17日 收修改稿
基金项目: 国家自然科学基金(11331002,11471308)资助
通信作者: 陈晓东, E-mail:chenxiaodong12@mails.ucas.ac.cn

摘要: 通过扭映射π$ \mathbb{C}$P7$ \mathbb{H}$P3构造出$ \mathbb{H}$P3中10族共形极小曲面的例子.根据Eells和Wood在1983年得到的结论,水平调和映射在淹没映射下的像仍然是调和的.首先给出$ \mathbb{C}$P7中水平全纯曲面在局部下的一个分类定理.基于该分类定理以及Eells和Wood的结论,利用扭映射,构造出$ \mathbb{H}$P3中的共形极小曲面.
关键词: 四元数射影空间共形极小曲面扭映射
Construction of conformal minimal surfaces in $ \mathbb{H}$P3
ZHANG Wenjuan, CHEN Xiaodong
School of Mathematical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China


Abstract: In this paper, we construct ten families of conformal minimal surfaces immersed into $ \mathbb{H}$P3 by the twistor map π:$ \mathbb{C}$P7$ \mathbb{H}$P3. The construction is based on Eells and Wood's conclusion in 1983 that the projection of a horizontal harmonic map is also harmonic. Firstly, we give a characterization theorem for horizontal holomorphic surfaces in $ \mathbb{C}$P7. By this theorem and Eells and Wood's conclusion, we get some conformal minimal surfaces immersed into $ \mathbb{H}$P3 by the twisted map.
Key words: quaternionic projective spaceconformal minimal surfacetwistor map
极小曲面的研究一直是微分几何子流形研究领域中的一个重点, 通常对于极小曲面的研究, 会选取具有特殊性质的外围空间, 如空间形式、齐性空间等。而四元数射影空间是对称空间, 因此四元数射影空间中极小曲面的研究具有重要意义。但是因为四元数射影空间本身的结构比较复杂, 所以四元数射影空间中极小曲面的研究也颇为困难。
这些年来, 在国内外****的研究下, 四元数射影空间中极小曲面的研究也取得了一些重要的研究成果。
由文献[1], 我们知道四元数射影空间$ \mathbb{H}$P1与标准球面S4是等距同构的, 因此在微分同胚的意义下, $ \mathbb{H}$P1中的极小曲面研究通常转化为对S4中极小曲面的研究。Bryant[2]利用扭映射π:$ \mathbb{C}$P3$ \mathbb{H}$P1研究$ \mathbb{H}$P1中的共形极小紧致曲面, 并且构造$ \mathbb{C}$P3中的水平全纯曲面。对于四元数射影空间$ \mathbb{H}$P2的研究也取得了很多成果。Aithal[3]刻画从S2$ \mathbb{H}$P2中的调和映射。Bahy-El-Dien和Wood[4]构造四元数射影空间中的调和二维球面。注意到,在共形映射的意义下, 映射调和等价于映射极小[5]。基于这些事实, He和Jiao[6]给出$ \mathbb{H}$P2中线性满、全非分歧、常曲率共形极小二维球面的一个分类定理。对于更高维的四元数射影空间中极小曲面的研究就更为困难, 取得的结论也比较少。He和Jiao[7]给出$ \mathbb{H}$Pn中具有平行第二基本形式的共形极小二维球面的分类结果。
由于扭映射给出$ \mathbb{H}$Pn$ \mathbb{C}$P2n+1水平部分的一个等同, 而复射影空间中极小曲面的研究有很多已知的结果, 因此扭映射是研究四元数射影空间的一个重要工具。本文正是利用映射π:$ \mathbb{C}$P7$ \mathbb{H}$P3构造$ \mathbb{H}$P3中共形极小曲面的例子。
1 预备知识用符号$ \mathbb{H}$表示所有四元数组成的集合, 那么$ \mathbb{H}$是一个以1, i, j, k为基的四维实向量空间, 并且$ \mathbb{H}$上有环运算如下:
$\begin{array}{*{20}{c}}{{{\rm{i}}^2} = {{\rm{j}}^2} = {{\rm{k}}^2} = - 1,{\rm{ij}} = {\rm{k}} = - {\rm{ji,}}}\\{{\rm{jk}} = {\rm{i}} = - {\rm{kj}},{\rm{ki}} = {\rm{j}} = - {\rm{ik}}{\rm{.}}}\end{array}$
通常, 把$ \mathbb{H}$看成是复数域$ \mathbb{C}$上的一个以1, j为基的二维右模。对于任意的z=z1+jz2, w=w1+jw2$ \mathbb{H}$, 有
$\mathit{\boldsymbol{zw}} = \left( {{\mathit{\boldsymbol{z}}_1}{\mathit{\boldsymbol{w}}_1} - {{\mathit{\boldsymbol{\bar z}}}_2}{\mathit{\boldsymbol{w}}_2}} \right) + {\rm{j}}\left( {{\mathit{\boldsymbol{z}}_2}{\mathit{\boldsymbol{w}}_1} + {{\mathit{\boldsymbol{\bar z}}}_1}{\mathit{\boldsymbol{w}}_2}} \right),$
可以验证该乘法与上述环运算是等价的。
在四元数$ \mathbb{H}$上有一个自然的共轭运算:
${\left( {{\mathit{\boldsymbol{z}}_1} + {\rm{j}}{\mathit{\boldsymbol{z}}_2}} \right)^ * } = {{\mathit{\boldsymbol{\bar z}}}_1} - {\rm{j}}{\mathit{\boldsymbol{z}}_2}.$
$ \mathbb{H}$n表示四元数n元组构成的集合, 本文把$ \mathbb{H}$n中的元素写成列向量的形式。那么$ \mathbb{H}$n$ \mathbb{C}$2n有一个自然的等同:
${\mathit{\boldsymbol{z}}_1} + {\rm{j}}{\mathit{\boldsymbol{z}}_2} \mapsto \left( {\begin{array}{*{20}{c}}{{\mathit{\boldsymbol{z}}_1}}\\{{\mathit{\boldsymbol{z}}_2}}\end{array}} \right).$
四元数射影空间$ \mathbb{H}$Pn表示$ \mathbb{H}$n+1中的四元数直线组成的集合, 即对于[v1]$ _\mathbb{H}$和[v2]$ _\mathbb{H}$$ \mathbb{H}$Pn, [v1]$ _\mathbb{H}$=[v2]$ _\mathbb{H}$当且仅当?x$ \mathbb{H}$, 使得v2=v1x.
辛群Sp(n)={AGL(n; $ \mathbb{H}$)|A*T·A=In}, 其中In表示n阶单位矩阵。对于ASp(n+1), [v]$ _\mathbb{H}$$ \mathbb{H}$Pn, n+1阶辛群Sp(n+1)在$ \mathbb{H}$Pn上有一个自然的作用:
$\mathit{\boldsymbol{A}} \cdot {\left[ \mathit{\boldsymbol{v}} \right]_\mathbb{H}} = {\left[ {\mathit{\boldsymbol{Av}}} \right]_\mathbb{H}},$
可以验证该作用是可迁的, 并且G0=Sp(1)×Sp(n)是该作用在[(1, 0, …, 0)T]$ _\mathbb{H}$$ \mathbb{H}$Pn处的迷向群。因此, $ \mathbb{H}$Pn的齐性表示为
$\mathbb{H}{P^n} = Sp\left( {n + 1} \right)/Sp\left( 1 \right) \times Sp\left( n \right).$
辛群Sp(n+1)可以看做是特殊酉群SU(2n+2)中的一个子群:Sp(n+1)$ \hookrightarrow $SU(2n+2), X+jY$ \mapsto \left( \begin{array}{l} \mathit{\boldsymbol{X}}\;\;\;{\rm{ - }}\mathit{\boldsymbol{\bar Y}}\\ \mathit{\boldsymbol{Y}}\;\;\;\;\;\mathit{\boldsymbol{\bar X}} \end{array} \right)$, 其中X, YGL(n+1;$ \mathbb{C}$).这样可以得到下面的一个交换图:
其中π:$ \mathbb{C}$P2n+1$ \mathbb{H}$Pn, $ \left[ \begin{array}{l} {\mathit{\boldsymbol{z}}_{\rm{1}}}\\ {\mathit{\boldsymbol{z}}_2} \end{array} \right] \mapsto $[z1+jz2]$ _\mathbb{H}$, z1, z2$ \mathbb{C}$n+1, 是扭映射, 它是一个纤维化。
如果A=X+jYSp(n+1), 记A=(A0, …, An), X=(X0, …, Xn), Y=(Y0, …, Yn), 那么π1(A)= $ \left[ \begin{array}{l} {\mathit{X}_{\rm{0}}}\\ {\mathit{Y}_{\rm{0}}} \end{array} \right]$π2(A)=[A0]$ _\mathbb{H}$为自然投影。要说明上述图为交换图, 需要保证π1是一个满射。而Sp(n+1)→$ \mathbb{C}$P2n+1是一个以U(1)×Sp(n)为结构群的主纤维丛, 因此π1自然是一个满射。所以, 上述图表可交换。
定义1.1??由于扭映射是一个纤维化, 因此$ \mathbb{C}$P2n+1上的水平分布$ \mathscr{H}$定义为纤维切空间的正交补部分, 其中$ \mathbb{C}$P2n+1上的度量为Fubini-Study度量。特别的, 当M是一个黎曼面的时候, 如果f:M$ \mathbb{C}$P2n+1的切映射的像在$ \mathscr{H}$中, 则称f为水平曲面。
根据文献[1], 对于[z]∈$ \mathbb{C}$P2n+1, 记z=$ \left( \begin{array}{l} {\mathit{\boldsymbol{z}}_{\rm{1}}}\\ {\mathit{\boldsymbol{z}}_2} \end{array} \right)$, 那么有下述等同:
$\begin{array}{*{20}{c}}{{\mathscr{H}_{\left[ z \right]}} \leftrightarrow \left\{ {\mathit{\boldsymbol{w}} \in {\mathit{\boldsymbol{z}}^ \bot }\left| {{\sigma _z}\left( \mathit{\boldsymbol{w}} \right) = 0} \right.,{\sigma _z} = } \right.}\\{\left. { - \mathit{\boldsymbol{z}}_2^{\rm{T}}{\rm{d}}{\mathit{\boldsymbol{z}}_1} + \mathit{\boldsymbol{z}}_1^{\rm{T}}{\rm{d}}{\mathit{\boldsymbol{z}}_2}} \right\},}\end{array}$ (1)
其中z1, z2$ \mathbb{C}$n+1.
2 $ \mathbb{H}$P3中的共形极小曲面在本节中, 利用扭映射π:$ \mathbb{C}$P7$ \mathbb{H}$P3来构造$ \mathbb{H}$P3中的共形极小曲面.
2.1 $ \mathbb{C}$P2n+1中曲面水平的等价条件在本小节中, 将介绍$ \mathbb{H}$Pn的上度量, 并从度量的角度给出$ \mathbb{C}$P2n+1中曲面水平的一个等价条件。
Ω表示Sp(n+1)上的Maurer-Cartan形式, 即ΩSp(n+1)上的一个取值在$ \mathscr{sp}$(n+1)上的左不变1-形式, Ω=(Ωβα), 0≤α, βn.
$ \mathbb{H}$Pn的齐性表示$ \mathbb{H}$Pn=Sp(n+1)/Sp(1)×Sp(n), 可以得到李代数的分解:
$\mathscr{g} = {\mathscr{g}_0} \oplus \mathscr{m},$
其中$ \mathscr{g}$Sp(n+1)的李代数, $ \mathscr{g}_0$G0的李代数, $ \mathscr{m}{\rm{ = }}\left\{ {\left( \begin{array}{l} 0\;\;\; - {\mathit{\boldsymbol{X}}^{*{\rm{T}}}}\\ \mathit{\boldsymbol{X}}\;\;\;\;\;\;{\rm{0}} \end{array} \right):\mathit{\boldsymbol{X}} \in \mathbb{H}{^\mathit{n}}} \right\}$.
因此,
$\sum\limits_{a = 1}^n {\mathit{\Omega }_0^{\alpha * } \cdot \mathit{\Omega }_0^\alpha } $
$ \mathscr{m}$上的一个不变的内积, 那么根据齐性空间中不变度量的结论[8], 它给出了$ \mathbb{H}$Pn上的一个不变度量:
${\text{d}}s_{\mathbb{H}{P^n}}^2 = \sum\limits_{a = 1}^n {\omega _0^{\alpha * } \cdot \omega _0^\alpha } ,$ (2)
其中ω=s*Ω, s:U?$ \mathbb{H}$PnSp(n+1)为任意一个局部截面。在该不变度量下, 辛群Sp(n+1)是$ \mathbb{H}$Pn的等距群。
在预备知识中, 我们知道Sp(n+1)$ \hookrightarrow$SU(2n+2), X+jY$ \mapsto \left( \begin{array}{l} \mathit{\boldsymbol{X}}\;\;\;{\rm{ - }}\mathit{\boldsymbol{\bar Y}}\\ \mathit{\boldsymbol{Y}}\;\;\;\;\;\mathit{\boldsymbol{\bar X}} \end{array} \right)$, 在该等同下, $ \mathbb{C}$P2n+1有齐性表示:$ \mathbb{C}$P2n+1=Sp(n+1)/U(1)×Sp(n).
类似于$ \mathbb{H}$Pn的情况, 令$ \mathit{\tilde \Omega }{\rm{ = }}\left( {\mathit{\tilde \Omega }_\mathit{B}^\mathit{A}} \right)$, 0≤A, B≤2n+1, 为Sp(n+1)$ \hookrightarrow$SU(2n+2)上的Maurer-Cartan形式。取$ {\mathit{\tilde s}}$:U?$ \mathbb{C}$P2n+1Sp(n+1)为任意一个局部截面, 记$ \mathit{\tilde \omega }{\rm{ = }}{\mathit{s}^*}\mathit{\tilde \Omega }$, 则$ \mathbb{C}$P2n+1上的不变度量为:
${\text{d}}s_{\mathbb{C}{P^{2n + 1}}}^2 = \sum\limits_{A = 1}^{2n + 1} {\bar {\tilde \omega} _0^A \cdot \tilde \omega _0^A} .$ (3)
g=X+jYSp(n+1), 则
$\mathit{\boldsymbol{ \boldsymbol{\varOmega} }} = {\mathit{\boldsymbol{g}}^{ - 1}}{\rm{d}}\mathit{\boldsymbol{g}},$ (4)
$\mathit{\boldsymbol{ \boldsymbol{\tilde \varOmega} }}= {\left( {\begin{array}{*{20}{c}}\mathit{\boldsymbol{X}}&{ - \mathit{\boldsymbol{\bar Y}}}\\\mathit{\boldsymbol{Y}}&{ \mathit{\boldsymbol{\bar X}}}\end{array}} \right)^{ - 1}}{\rm{d}}\left( {\begin{array}{*{20}{c}}\mathit{\boldsymbol{X}}&{ - \mathit{\boldsymbol{\bar Y}}}\\\mathit{\boldsymbol{Y}}&{ \mathit{\boldsymbol{\bar X}}}\end{array}} \right).$ (5)
为方便起见, 引入记号Ωβα=Γβα+jΣβα, 其中ΓβαΣβα为复值1-形式。
则式(4)和式(5)可以写成(为书写方便, 本文仅给出n=3的情形, 一般的情况只是矩阵的维数不同, 并没有本质区别):
$\mathit{\boldsymbol{ \boldsymbol{\varOmega} }} = \left( {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathit{\Omega }_0^0}&{\mathit{\Omega }_1^0}&{\mathit{\Omega }_2^0}&{\mathit{\Omega }_3^0}\\{\mathit{\Omega }_0^1}&{\mathit{\Omega }_1^1}&{\mathit{\Omega }_2^1}&{\mathit{\Omega }_3^1}\\{\mathit{\Omega }_0^2}&{\mathit{\Omega }_1^2}&{\mathit{\Omega }_2^2}&{\mathit{\Omega }_3^2}\\{\mathit{\Omega }_0^3}&{\mathit{\Omega }_1^3}&{\mathit{\Omega }_2^3}&{\mathit{\Omega }_3^3}\end{array}} \right),$ (6)
$\mathit{\boldsymbol{ \boldsymbol{\tilde \varOmega} }} = \left( {\begin{array}{*{20}{c}}{\mathit{\Gamma }_0^0}&{\mathit{\Gamma }_1^0}&{\mathit{\Gamma }_2^0}&{\mathit{\Gamma }_3^0}&{ - \mathit{\Sigma }_0^0}&{ - \mathit{\Sigma }_1^0}&{ - \mathit{\Sigma }_2^0}&{ - \mathit{\Sigma }_3^0}\\{\mathit{\Gamma }_0^1}&{\mathit{\Gamma }_1^1}&{\mathit{\Gamma }_2^1}&{\mathit{\Gamma }_3^1}&{ - \mathit{\Sigma }_0^1}&{ - \mathit{\Sigma }_1^1}&{ - \mathit{\Sigma }_2^1}&{ - \mathit{\Sigma }_3^1}\\{\mathit{\Gamma }_0^2}&{\mathit{\Gamma }_1^2}&{\mathit{\Gamma }_2^2}&{\mathit{\Gamma }_3^2}&{ - \mathit{\Sigma }_0^2}&{ - \mathit{\Sigma }_1^2}&{ - \mathit{\Sigma }_2^2}&{ - \mathit{\Sigma }_3^2}\\{\mathit{\Gamma }_0^3}&{\mathit{\Gamma }_1^3}&{\mathit{\Gamma }_2^3}&{\mathit{\Gamma }_3^3}&{ - \mathit{\Sigma }_0^3}&{ - \mathit{\Sigma }_1^3}&{ - \mathit{\Sigma }_2^3}&{ - \mathit{\Sigma }_3^3}\\{\mathit{\Sigma }_0^0}&{\mathit{\Sigma }_1^0}&{\mathit{\Sigma }_2^0}&{\mathit{\Sigma }_3^0}&{\mathit{\Gamma }_0^0}&{\mathit{\Gamma }_1^0}&{\mathit{\Gamma }_2^0}&{\mathit{\Gamma }_3^0}\\{\mathit{\Sigma }_0^1}&{\mathit{\Sigma }_1^1}&{\mathit{\Sigma }_2^1}&{\mathit{\Sigma }_3^1}&{\mathit{\Gamma }_0^1}&{\mathit{\Gamma }_1^1}&{\mathit{\Gamma }_2^1}&{\mathit{\Gamma }_3^1}\\{\mathit{\Sigma }_0^2}&{\mathit{\Sigma }_1^2}&{\mathit{\Sigma }_2^2}&{\mathit{\Sigma }_3^2}&{\mathit{\Gamma }_0^2}&{\mathit{\Gamma }_1^2}&{\mathit{\Gamma }_2^2}&{\mathit{\Gamma }_3^2}\\{\mathit{\Sigma }_0^3}&{\mathit{\Sigma }_1^3}&{\mathit{\Sigma }_2^3}&{\mathit{\Sigma }_3^3}&{\mathit{\Gamma }_0^3}&{\mathit{\Gamma }_1^3}&{\mathit{\Gamma }_2^3}&{\mathit{\Gamma }_3^3}\end{array}} \right),$ (7)
下面的定理是$ \mathbb{C}$P2n+1曲面水平的一个等价条件。
定理2.1??设Φ:M$ \mathbb{C}$P2n+1是一个浸入, 则Φ水平当且仅当e*Σ00=0, 其中e:U?MSp(n+1)是沿Φ的活动标架。
证明??取e:U?MSp(n+1)是沿Φ的活动标架, 则π1°e=Φ, 其中π1:Sp(n+1)→$ \mathbb{C}$P2n+1为自然投影。根据预备知识中的交换图, 有π2=π°π1, 所以
${\pi _2} \circ e = \pi \circ {\pi _1} \circ e = \pi \circ \mathit{\Phi },$
e:U?MSp(n+1)也是一个沿π°Φ:M$ \mathbb{H}$Pn的活动标架。
由式(2), 式(3), 式(6)和式(7), 有
$\begin{array}{*{20}{c}} {{{\left( {\pi \circ \mathit{\Phi }} \right)}^ * }{\text{d}}s_{\mathbb{H}{P^n}}^2 = \sum\limits_{a = 1}^n {\bar \gamma _0^a \cdot \gamma _0^a} + \sum\limits_{a = 1}^n {\bar \sigma _0^a \cdot \sigma _0^a} ,} \\ {{\mathit{\Phi }^ * }{\text{d}}s_{\mathbb{C}{P^{2n + 1}}}^2 = \sum\limits_{a = 1}^n {\bar \gamma _0^a \cdot \gamma _0^a} + \sum\limits_{a = 0}^n {\bar \sigma _0^a \cdot \sigma _0^a} } \\ { = {{\left( {\pi \circ \mathit{\Phi }} \right)}^ * }{\text{d}}s_{\mathbb{H}{P^n}}^2 + \bar \sigma _0^0 \cdot \sigma _0^0,} \end{array}$
其中γ=e*Γ, σ=e*Σ.
根据题设Φ水平, 则Φ*ds$ \mathbb{C}$P2n+12=(π°Φ)*ds$ \mathbb{H}$Pn2.
所以, Φ水平当且仅当e*Σ00=0.
定理2.1是从度量的角度来刻画曲面水平的条件的, 它与预备知识中的式(1)是从两个不同角度说明曲面水平, 它们是等价的.
2.2 $ \mathbb{C}$P7中的水平全纯曲面接下来考虑Φ:M$ \mathbb{C}$P7是一个水平极小浸入, 其中M是一个黎曼面。
$ \mathbb{C}$P7中点的齐次坐标为[(z10, z11, z12, z13, z20, z21, z22, z23)T], 令Ui表示$ \mathbb{C}$P7中第(i+1)个齐次坐标不为0的点集, i=0, 1, …, 7, 则{Ui}i=07$ \mathbb{C}$P7的一个坐标覆盖。
由预备知识中的式(1), 我们知道ΦM中任意一点水平当且仅当Φ*σ=0, 其中σ=-z2Tdz1+z1Tdz2.
情形1: Φ(M)∩U0≠?.
在坐标卡U0中, 令Φ=[(1, z11, z12, z13, z20, z21, z22, z23)T],
$\begin{array}{*{20}{c}}{{\mathit{\Phi }^ * }\sigma = - \left( {z_2^0,z_2^1,z_2^2,z_2^3} \right){\rm{d}}\left( {\begin{array}{*{20}{c}}1\\{z_1^1}\\{z_1^2}\\{z_1^3}\end{array}} \right) + \left( {1,z_1^1,z_1^2,z_1^3} \right){\rm{d}}\left( {\begin{array}{*{20}{c}}{z_2^0}\\{z_2^1}\\{z_2^2}\\{z_2^3}\end{array}} \right) = }\\{{\rm{d}}z_2^0 + z_1^1{\rm{d}}z_2^1 + z_1^2{\rm{d}}z_2^2 + z_1^3{\rm{d}}z_2^3 - z_2^1{\rm{d}}z_1^1 - z_2^2{\rm{d}}z_1^2 - }\\{z_2^3{\rm{d}}z_1^3 = {\rm{d}}\left( {z_2^0 + z_1^1z_2^1 + z_1^2z_2^2 + z_1^3z_2^3} \right) - 2z_2^1{\rm{d}}z_1^1 - }\\{2z_2^2{\rm{d}}z_1^2 - 2z_2^3{\rm{d}}z_1^3.}\end{array}$
情形1.1:z11, z12, z13均为常数
z11=a1, z12=a2, z13=a3, 因为d(z20+a1z21+a2z22+a3z23)=0, 所以z20+a1z21+a2z22+a3z23=a4(a4为常数)。假设z21=g1, z22=g2, z23=g3, 则g1, g2, g2M上的亚纯函数(特别地, 可以为常数)因为Φ全纯。因此, 此时有
$\begin{array}{*{20}{c}}{\mathit{\Phi } = \left[ {\left( {1,{a_1},{a_2},{a_3},{a_4} - {a_1}{g_1} - {a_2}{g_2} - } \right.} \right.}\\{\left. {{{\left. {{a_3}{g_3},{g_1},{g_2},{g_3}} \right)}^{\rm{T}}}} \right].}\end{array}$
情形1.2:z11, z12, z13不全为常数
不失一般性, 假设z13不为常数, 否则通过一个置换矩阵作用Φ可转换为此情形, 因此在相差一个置换矩阵作用的意义下, 可以假设z13不为常数。
z20+z11z21+z12z22+z13z32=g0, z11=g1, z12=g2, z13=g3, z21=g4, z22=g5, 则gmM上的亚纯函数, m=0, …, 5.由于d(z20+z11z21+z12z22+z13z23)=2z21dz11+2z22dz12+2z23dz13, 因此z23= $ \frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_0}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{3}}}}} - {\mathit{g}_{\rm{4}}}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_1}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{3}}}}} - {\mathit{g}_{\rm{5}}}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_2}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{3}}}}}$。所以, 此时有
$\begin{array}{*{20}{c}}{\mathit{\Phi } = \left[ {\left( {1,{g_1},{g_2},{g_3},{g_0} - {g_1}{g_4} - {g_2}{g_5} - } \right.} \right.}\\{{g_3}\left( {\frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{g_0}}}{{{\rm{d}}{g_3}}} - {g_4}\frac{{{\rm{d}}{g_1}}}{{{\rm{d}}{g_3}}} - {g_5}\frac{{{\rm{d}}{g_2}}}{{{\rm{d}}{g_3}}}} \right),}\\{\left. {{{\left. {{g_4},{g_5},\frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{g_0}}}{{{\rm{d}}{g_3}}} - {g_4}\frac{{{\rm{d}}{g_1}}}{{{\rm{d}}{g_3}}} - {g_5}\frac{{{\rm{d}}{g_2}}}{{{\rm{d}}{g_3}}}} \right)}^{\rm{T}}}} \right],}\end{array}$
特别的, 此时g1, g2, g4g5可以取常数.
情形2: Φ(M)∩U0=?, Φ(M)∩U1≠?
Φ=[(0, 1, z12, z13, z20, z21, z22, z23)T],
$\begin{array}{l}{\mathit{\Phi }^ * }\sigma = - \left( {z_2^0,z_2^1,z_2^2,z_2^3} \right){\rm{d}}\left( {\begin{array}{*{20}{c}}0\\1\\{z_1^2}\\{z_1^3}\end{array}} \right) + \left( {0,1,z_1^2,z_1^3} \right){\rm{d}}\left( {\begin{array}{*{20}{c}}{z_2^0}\\{z_2^1}\\{z_2^2}\\{z_2^3}\end{array}} \right)\\ = {\rm{d}}z_2^1 + z_1^2{\rm{d}}z_2^2 + z_1^3{\rm{d}}z_2^3 - z_2^2{\rm{d}}z_1^2 - z_2^3{\rm{d}}z_1^3 = \\{\rm{d}}\left( {z_2^1 + z_1^2z_2^2 + z_1^3z_2^3} \right) - 2z_2^2{\rm{d}}z_1^2 - 2z_2^3{\rm{d}}z_1^3.\end{array}$
情形2.1:z12, z13均为常数
z12=a1, z13=a2, 因为d(z21+a1z22+a2z23)=0, 所以z21+a1z22+a2z23=a3(a3为常数)。令z20=g1, z22=g2, z23=g3, 则g1, g2, g2M上的亚纯函数(特别地, 可以为常数)。所以, 有
$\mathit{\Phi }{\rm{ = }}\left[ {\left( {0,1,{\mathit{a}_{\rm{1}}},{\mathit{a}_{\rm{2}}},{\mathit{g}_{\rm{1}}},{\mathit{a}_{\rm{3}}} - {\mathit{a}_{\rm{1}}}{\mathit{g}_2} - {\mathit{a}_{\rm{2}}}{\mathit{g}_3},{\mathit{g}_2},{\mathit{g}_3}} \right)^{\rm{T}}} \right].$
情形2.2:z12, z13不全为常数
类似于情形1.2, 可以假设z13不为常数。
z21+z12z22+z13z23=g0, z12=g1, z13=g2, z20=g3, z22=g4, 则gmM上的亚纯函数, m=0, …, 4.由于d(z21+z12z22+z13z23)=2z22dz12+2z23dz13, 因此, z23=$ \frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_0}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{2}}}}} - {\mathit{g}_{\rm{4}}}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_1}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_2}}}$。所以, 此时有
$\begin{array}{*{20}{c}}{\mathit{\Phi } = \left[ {\left( {0,1,{g_1},{g_2},{g_3},{g_0} - {g_1}{g_4} - } \right.} \right.}\\{\left. {{{\left. {{g_2}\left( {\frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{g_0}}}{{{\rm{d}}{g_2}}} - {g_4}\frac{{{\rm{d}}{g_1}}}{{{\rm{d}}{g_2}}}} \right),{g_4},\frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{g_0}}}{{{\rm{d}}{g_2}}} - {g_4}\frac{{{\rm{d}}{g_1}}}{{{\rm{d}}{g_2}}}} \right)}^{\rm{T}}}} \right],}\end{array}$
特别的, 此时g1, g3g4可以取常数.
情形3: Φ(M)∩(U0U1)=?, Φ(M)∩U2≠?
Φ=[(0, 0, 1, z13, z20, z21, z22, z23)T],
$\begin{array}{*{20}{c}}{{\mathit{\Phi }^ * }\sigma = - \left( {z_2^0,z_2^1,z_2^2,z_2^3} \right){\rm{d}}\left( {\begin{array}{*{20}{c}}0\\0\\1\\{z_1^3}\end{array}} \right) + \left( {0,0,1,z_1^3} \right){\rm{d}}\left( {\begin{array}{*{20}{c}}{z_2^0}\\{z_2^1}\\{z_2^2}\\{z_2^3}\end{array}} \right)}\\{ = {\rm{d}}z_2^2 + z_1^3{\rm{d}}z_2^3 - z_2^3{\rm{d}}z_1^3}\\{ = {\rm{d}}\left( {z_2^2 + z_1^3z_2^3} \right) - 2z_2^3{\rm{d}}z_1^3.}\end{array}$
情形3.1:z13为常数
z13=a1, 因为d(z22+a1z23)=0, 所以z22+a1z23=a2(a2为常数)。令z20=g1, z21=g2, z23=g3, 则g1, g2, g3M上的亚纯函数(特别地, 可以取常数)。所以, 有
$\mathit{\Phi } = \left[ {{{\left( {0,0,1,{a_1},{g_1},{g_2},{a_2} - {a_1}{g_3},{g_3}} \right)}^{\rm{T}}}} \right].$
情形3.2:z13不为常数
z22+z13z23=g0, z13=g1, z20=g2, z22=g3, 则gmM上的亚纯函数, m=0, …, 3.由于d(z22+z13z23)=2z23dz13, 因此, z23=$ \frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_0}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{1}}}}}$。所以, 此时有
$\mathit{\Phi } = \left[ {{{\left( {0,0,1,{g_1},{g_2},{g_3},{g_0} - \frac{1}{2}{g_1}\frac{{{\rm{d}}{g_0}}}{{{\rm{d}}{g_1}}},\frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{g_0}}}{{{\rm{d}}{g_1}}}} \right)}^{\rm{T}}}} \right],$
特别的, 此时g1, g3g4可以取常数.
情形4: Φ(M)∩(U0U1U2)=?, Φ(M)∩U3≠?
Φ=[(0, 0, 0, 1, z20, z21, z22, z23)T],
$\begin{array}{*{20}{c}}{{\mathit{\Phi }^ * }\sigma = - \left( {z_2^0,z_2^1,z_2^2,z_2^3} \right){\rm{d}}\left( {\begin{array}{*{20}{c}}0\\0\\0\\1\end{array}} \right) + \left( {0,0,0,1} \right){\rm{d}}\left( {\begin{array}{*{20}{c}}{z_2^0}\\{z_2^1}\\{z_2^2}\\{z_2^3}\end{array}} \right)}\\{ = {\rm{d}}z_2^3.}\end{array}$
所以z23=a1为常数, 设z20=g1, z21=g2, z22=g2, 则g1, g2g3为亚纯函数(可以取常数), 所以
$\mathit{\Phi } = \left[ {{{\left( {0,0,0,1,{g_1},{g_2},{g_3},{a_1}} \right)}^{\rm{T}}}} \right].$
情形5: Φ(M)∩(U0U1U2U3)=?, Φ(M)∩U4≠?
Φ=[(0, 0, 0, 0, 1, z21, z22, z23)T], 此时Φ*σ=0恒成立。
z21=g1, z22=g2, z23=g3, 因此
$\mathit{\Phi } = \left[ {{{\left( {0,0,0,0,1,{g_1},{g_2},{g_3}} \right)}^{\rm{T}}}} \right].$
情形6: Φ(M)∩(U0U1U2U3U4)=?, Φ(M)∩U5≠?
Φ=[(0, 0, 0, 0, 0, 1, z22, z23)T], 则Φ*σ=0恒成立。设z22=g1, z23=g2, 因此
$\mathit{\Phi } = \left[ {{{\left( {0,0,0,0,0,1,{g_1},{g_2}} \right)}^{\rm{T}}}} \right].$
情形7: Φ(M)∩(U0U1U2U3U4U5)=?, Φ(M)∩U6≠?
Φ=[(0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, z23)T], 则Φ*σ=0恒成立。设z23=g1, 因此
$\mathit{\Phi } = \left[ {{{\left( {0,0,0,0,0,0,1,{g_1}} \right)}^{\rm{T}}}} \right].$
情形8: Φ(M)∩(U0U1U2U3U4U5U6)=?, Φ(M)∩U7≠?
此时Φ=[(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1)T]退化, 这与Φ是浸入矛盾。
综合上述8个情形, 可以得到$ \mathbb{C}$P7中水平全纯曲面在局部上的一个分类定理。
定理2.2??假设Φ:M$ \mathbb{C}$P7为水平全纯曲面, 则在相差一个置换矩阵作用的意义下, 局部上Φ一定可以写成下列形式之一:
1) Φ=[(1, a1, a2, a3, a4-a1g1-a2g2-a3g3, g1, g2, g3)T];
2) Φ=[(1, g1, g2, g3, g0-g1g4-g2g5-g3($ \frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_0}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{3}}}}} - {\mathit{g}_{\rm{4}}}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_1}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{3}}}}} - {\mathit{g}_{\rm{5}}}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_2}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{3}}}}}$), g4, g5, $ \frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_0}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{3}}}}} - {\mathit{g}_{\rm{4}}}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_1}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{3}}}}} - {\mathit{g}_{\rm{5}}}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_2}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{3}}}}}$)T];
3) Φ=[(0, 1, a1, a2, g1, a3-a1g2-a2g3, g2, g3)T];
4) Φ=[(0, 1, g1, g2, g3, g0-g1g4-g2($ \frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_0}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{2}}}}} - {\mathit{g}_{\rm{4}}}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_1}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{2}}}}}$), g4, $ \frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_0}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{2}}}}} - {\mathit{g}_{\rm{4}}}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_1}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_{\rm{2}}}}}$)T];
5) Φ=[(0, 0, 1, a1, g1, g2, a2-a1g3, g3)T];
6) Φ=[(0, 0, 1, g1, g2, g3, g0 $ {\rm{ - }}\frac{1}{2}{\mathit{g}_1}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_0}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_1}}} - \frac{1}{2}\frac{{{\rm{d}}{\mathit{g}_0}}}{{{\rm{d}}{\mathit{g}_1}}}$)T];
7) Φ=[(0, 0, 0, 1, g1, g2, g3, a1)T];
8) Φ=[(0, 0, 0, 0, 1, g1, g2, g3)T];
9) Φ=[(0, 0, 0, 0, 0, 1, g1, g2)T];
10)Φ=[(0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, g1)T].
其中gmM上的亚纯函数, an为常数, 其中m=0, …, 5, n=1, …, 4.
通过简单的直接计算可以验证定理2.2中所给出的10族共形极小曲面满足定理2.1中的条件。所以, 对于$ \mathbb{C}$P7中水平全纯曲面的构造可以采用定理2.1和式(1)中两种方式, 二者是等价的。
定理2.2给出$ \mathbb{C}$P7中水平全纯曲面的一个分类结果,接下来将利用该定理构造$ \mathbb{H}$P3中的共形极小曲面。
2.3 $ \mathbb{H}$P3中的共形极小曲面首先,介绍Eells和Wood的一个结论[9]
引理2.1??设MYN为黎曼流形,πYN为黎曼淹没,f:MY是关于映射π的一个水平浸入,如果f调和,则π°f:MN也调和。
由于对于共形映射来说, 映射调和等价于映射极小[5], 而$ \mathbb{C}$P7中的全纯曲面是$ \mathbb{C}$P7中的Kaehler子流形, Kaehler子流形一定是极小的, 因此, 有
命题2.1??设Φ:M$ \mathbb{C}$P2n+1是一个水平全纯曲面, 则π°Φ:M$ \mathbb{H}$Pn是共形极小的, 其中π:$ \mathbb{C}$P2n+1$ \mathbb{H}$Pn为扭映射。
由命题2.1可知, 定理2.2中给出的$ \mathbb{C}$P7中的10族水平全纯曲面在扭映射下的像就是$ \mathbb{H}$P3中的共形极小曲面。
例1??设gm为黎曼面M上的亚纯函数, an为常数, m=0, …, 5, n=1, …, 4, 那么有$ \mathbb{H}$P3中的10族共形极小曲面如下:
1) $ \ {{\left[ \left( \begin{align} &\text{1} \\ &{{\mathit{a}}_{\text{1}}} \\ &{{\mathit{a}}_{\text{2}}} \\ &{{\mathit{a}}_{\text{3}}} \\ \end{align} \right)\text{+j}\left( \begin{matrix} {{\mathit{a}}_{\text{4}}}\text{-}{{\mathit{a}}_{\text{1}}}{{\mathit{g}}_{\text{1}}}\text{-}{{\mathit{a}}_{\text{2}}}{{\mathit{g}}_{\text{2}}}\text{-}{{\mathit{a}}_{\text{3}}}{{\mathit{g}}_{\text{3}}} \\ {{\mathit{g}}_{\text{1}}} \\ {{\mathit{g}}_{\text{2}}} \\ {{\mathit{g}}_{\text{3}}} \\ \end{matrix} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}\text{:}\mathit{M}\to \mathbb{H}{{\mathit{P}}^{\text{3}}}\text{;}$
2) $ {{\left[ \left( \begin{align} &\text{1} \\ &{{\mathit{g}}_{\text{1}}} \\ &{{\mathit{g}}_{\text{2}}} \\ &{{\mathit{g}}_{\text{3}}} \\ \end{align} \right)\text{+j}\left( \begin{matrix} {{\mathit{g}}_{\text{0}}}\text{-}{{\mathit{g}}_{\text{1}}}{{\mathit{g}}_{\text{4}}}\text{-}{{\mathit{g}}_{\text{2}}}{{\mathit{g}}_{\text{5}}}\text{-}{{\mathit{g}}_{\text{3}}}\text{(}\frac{1}{2}\frac{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{0}}}}{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{3}}}}\text{-} \\ {{\mathit{g}}_{\text{4}}}\frac{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{1}}}}{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{3}}}}\text{-}{{\mathit{g}}_{\text{5}}}\frac{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{2}}}}{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{3}}}}\text{)} \\ {{\mathit{g}}_{\text{4}}} \\ {{\mathit{g}}_{\text{5}}} \\ \frac{1}{2}\frac{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{0}}}}{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{3}}}}\text{-}{{\mathit{g}}_{\text{4}}}\frac{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{1}}}}{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{3}}}}\text{-}{{\mathit{g}}_{\text{5}}}\frac{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{2}}}}{\text{d}{{\mathit{g}}_{\text{3}}}} \\ \end{matrix} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}\text{:}\mathit{M}\to \mathbb{H}{{\mathit{P}}^{\text{3}}}\text{;}$
3) $ {{\left[ \left( \begin{align} &\text{0} \\ &\text{1} \\ &{{\mathit{a}}_{\text{1}}} \\ &{{\mathit{a}}_{\text{2}}} \\ \end{align} \right)\text{+j}\left( \begin{matrix} {{\mathit{g}}_{\text{1}}} \\ {{\mathit{a}}_{\text{3}}}\text{-}{{\mathit{a}}_{\text{1}}}{{\mathit{g}}_{\text{2}}}\text{-}{{\mathit{a}}_{\text{2}}}{{\mathit{g}}_{\text{3}}} \\ {{\mathit{g}}_{\text{2}}} \\ {{\mathit{g}}_{\text{3}}} \\ \end{matrix} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}\text{:}\mathit{M}\to \mathbb{H}{{\mathit{P}}^{\text{3}}}\text{;}$
4) $ {{\left[ \left( \begin{align} &0 \\ &1 \\ &{{g}_{1}} \\ &{{g}_{2}} \\ \end{align} \right)+\text{j}\left( \begin{matrix} {{g}_{3}} \\ {{g}_{0}}-{{g}_{1}}{{g}_{4}}-{{g}_{2}}(\frac{1}{2}\frac{\text{d}{{g}_{0}}}{\text{d}{{g}_{2}}}-{{g}_{4}}\frac{\text{d}{{g}_{1}}}{\text{d}{{g}_{2}}}) \\ {{g}_{4}} \\ \frac{1}{2}\frac{\text{d}{{g}_{0}}}{\text{d}{{g}_{2}}}-{{g}_{4}}\frac{\text{d}{{g}_{1}}}{\text{d}{{g}_{2}}} \\ \end{matrix} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}:M\to \mathbb{H}{{P}^{3}};$
5) $ {{\left[ \left( \begin{align} &0 \\ &0 \\ &1 \\ &{{a}_{1}} \\ \end{align} \right)+\text{j}\left( \begin{matrix} {{g}_{1}} \\ {{g}_{2}} \\ {{a}_{2}}-{{a}_{1}}{{g}_{3}} \\ {{g}_{3}} \\ \end{matrix} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}:M\to \mathbb{H}{{P}^{3}};$
6) $ {{\left[ \left( \begin{align} &0 \\ &0 \\ &1 \\ &{{g}_{1}} \\ \end{align} \right)+\text{j}\left( \begin{matrix} {{g}_{2}} \\ {{g}_{3}} \\ {{g}_{0}}-\frac{1}{2}{{g}_{1}}\frac{\text{d}{{g}_{0}}}{\text{d}{{g}_{1}}} \\ \frac{1}{2}\frac{\text{d}{{g}_{0}}}{\text{d}{{g}_{1}}} \\ \end{matrix} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}:M\to \mathbb{H}{{P}^{3}};$
7) ${{\left[ \left( \begin{matrix} 0 \\ 0 \\ 0 \\ 1 \\ \end{matrix} \right)\rm{+j}\left( \begin{matrix} {{\mathit{g}}_{\rm{1}}} \\ {{\mathit{g}}_{\rm{2}}} \\ {{\mathit{g}}_{\rm{3}}} \\ {{\mathit{a}}_{\rm{1}}} \\ \end{matrix} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}:\mathit{M}\to \mathbb{H}{{\mathit{P}}^{\rm{3}}}\rm{;}$
8) $ {{\left[ \text{j}\left( \begin{align} &1 \\ &{{g}_{1}} \\ &{{g}_{2}} \\ &{{g}_{3}} \\ \end{align} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}:M\to \mathbb{H}{{P}^{3}};$
9) $ {{\left[ \text{j}\left( \begin{align} &0 \\ &1 \\ &{{g}_{1}} \\ &{{g}_{2}} \\ \end{align} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}:M\to \mathbb{H}{{P}^{3}};$
10) $ {{\left[ \text{j}\left( \begin{align} &0 \\ &0 \\ &1 \\ &{{g}_{1}} \\ \end{align} \right) \right]}_{\mathbb{H}}}:M\to \mathbb{H}{{P}^{3}}.$
在上述例子中, 可以选取不同形式的亚纯函数及常数, 因此上面的10个例子非常丰富。而$ \mathbb{H}$P3中极小曲面的分类依旧是一个很具有挑战性的研究课题, 需要解决的问题还很多。
参考文献
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