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本文分两部分。在第一部分中,讨论了调和映射的推广F-调和映射的一些性质。在第二部分中研究了高维带边黎曼流形上的Ricci流.
设F:[0,+∞)→[0,+∞)是C2函数且在(0,+∞)上F’>0,对于黎曼流形(M,g),(N,h)之间的光滑映射φ:M→N,Ara[1]引进了F-能量的定义:EF(φ)=∫MF(|dφ|2/2)*1.F-调和映射φ就是F-能量泛函的的临界点;当F(t)=t,[(2t)p/2]/p,et时分别就是通常的调和映射,P-调和映射和指数调和映射。通过计算F-能量泛函的第一变分,Ara得到了命题1.1.1[Ara1]:φ:M→N是F-调和映射当且仅当τF(φ)=0其中τF(φ)=-d*(F’(|dφ|2/2)dφ)称为F-张力场在文[Ara1]中还得到了F-能量泛函的第二变分,李锦堂把它改写成以下形式引理1.1.1[李]:设φ:M→N是F-调和映射,则第二变分可写成I(φ*V,φ*V)=∫M{F″(|dφ|2/2)〈(-▽)φ*V,dφ〉2-〈(-▽)ei(dφV),(-▽)eiF′(|dφ|2/2)dφV〉}+∫MF′(|dφ|2/2)〈-2(-▽)ei(dφ(▽eiV)+dφ(▽ei▽eiV)-φ*RicMV,φ*V〉=P+Q其中V∈Γ(φ-1TN),(-▽)为Γ(φ-1TN)上的联络。
若对于任何V∈Γ(φ-1TN),都有I(V,V)≥0,则称F-调和映射φ是稳定的;否则称φ为不稳定的。利用上面的引理我们得到定理1.1.1:设Mn→Rn+p是一紧致无边子流形,若存在负常数B使得2〈h(ei,ek),h(ei,ej)〉-〈h(ei,ei),h(ek,ej)〉≤Bδjk其中h(ei,ek)为第二基本形式,且F″≤0,则从Mn到任何黎曼流形N的稳定F-调和映射必为常值映射。
类似调和映射Ara在[Ara1]中定义了F-能量泛函的应力能量张量SF(φ)=F(|dφ|2/2))·g-F′(|dφ|2/2)·φ*h我们得到下面两个重要公式1.若向量场X具有紧致集∫M(divSF(φ))(X)+∫M〈▽X,SF(φ)〉=0(2)2.若(e)D是M中的超曲面∫(e)DF(|dφ|2/2)〈X,n〉=∫(e)DF′(|dφ|2/2)〈φ*X,φ*n〉+∫D〈▽X,SF(φ)〉+∫D(divSF(φ))(X)(3)利用以上公式我们证明了下面的定理:定理1.2.1:设M是完备.单连通具有非正截面曲率的m维Riemann流形,它截面曲率的变化不大(具体范围见证明).设φ是从M到任何Riemann流形的F-调和跌射,F满足:xF″(x)≤(CF+1)F(x),其中CF=inf{C≥0|F′(x)/tC非增加}如果φ的F-能量慢发散(定义见证明),那么φ必为常值映射。
定理1.2.2:设φ:M→N是F-调和映射,F满足:xF′(x)≤(CF+1)F(x)那么,对任何x∈B1/2(x0)和0<σ≤ρ≤1/2有下列单调不等式eCΛσσ2(CF+1)-m∫Bσ(x)F(|dφ|2/2)*1≤eCΛρρ2(CF+1)-m∫Bρ(x)F(|dφ|2/2)*1其中C是只依赖于M的常数,Λ是依赖于B1(x0)中截面曲率的上下界的常数。
利用文[Ara2]中得到的F-调和映射的Bochner公式,本文得到了定理1.3.1:设M是完备非紧的Riemman流形,它的Ricci曲率非负,设N是具有非正截面曲率的Riemman流形.φ:M→N是F-能量有限的F-调和映射,如果F满足:xF′(x)≤(CF+1)F(x)和F′(x)+2xF″(x)≥CF+1,且|▽dφ|≤C|dφ|,C为正常数那么,φ一定是常值映射。
定义Cφ={x∈M|dφx=0}M*:=M-Cφ在点x处的垂直空间为:Vx=ker{dφx}∈TxM;点x处的水平空间为Hx=Vx⊥φ称为水平共形的,如果存在函数λ:M*→R+使得λ2g(X,Y)=h(dφ(X),dφ(X))对所有X.Y∈Vx⊥和x∈M*成立。当F-调和映射满足水平共行条件时,我们有以下定理定理1.4.1:M是紧致连通的黎曼流形,N是一黎曼流形,其上存在一个严格下调和函数f,△f>0若F:[0-∞]→[0-∞]是严格增加C2的函数那么,任何从M到N水平共形的F-调和映射φ必定是常值映射。
定理1.4.2:假设M是完备非紧黎曼流形,N是一黎曼流形,其上存在一个严格下调和函数f,△f>0如果∫M(F′(|dφ|2/2)|dφ|)2<∞且E(f)<∞或∫MF′(|dφ|2/2)|dφ|<∞且f有界,则任何从M到N水平共形的F-调和映射φ必定是常值映射。
Ricci流的研究始于Hamilton的1982年的文章[Ha1]。在这篇文章Hamilton不仅引入了Ricci流这个概念,并且证明了具有正Ricci曲率的闭3-流形上一定存在着常正曲率度量。接着,在另外一篇非常重要的文章[Ha2]中,Hamilton不进一步利用Ricci流的方法证明了任何有着正曲率算子的闭4-流形是拓扑的S4或RP4。对于维数n≥4的黎曼流形,huisken证明如果初始的度量的正曲率算子加上足够强的拼挤条件,也能够得到类似的结果,见[Hu1]。而Margerin在[Ma]中也独立的证明了类似的结果,并且他的拼挤条件条件要比[Hu1]弱。
在1996年,Shen在[Shen]中考虑带边三维流形上的黎曼度量的Ricci形变,证明了如果初始三维流形的黎曼度量具有正Ricci曲率和全测地边界,则此三维黎曼流形上存在着常正曲率的黎曼度量。我们利用Margerin的方法把Shen的结果推广为高维情形。
假设Mn是一n维(n≥4)的光滑紧致的黎曼流形。为了方便起见,本文中指标范围约定如下1≤i,j,k…≤n;1≤α,β,γ,…≤n-1.假设(e)M≠φ,令g={gij}是M上的黎曼度量。用Rc={Rij}和R分别表示M的Ricci曲率和数量曲率。同样令h={hαβ}为(e)M的第二基本形式。黎曼曲率张量Rm={Rijkl}可以分解为三个正交部分且每个部分与Rm有相同的对称性:Rm=W+V+U,(1.1.1)其中W={Wijkl}是Weyl共形曲率张量,V={Vijkl},U={Uijkl}分别表示无迹的Ricci部分和数量曲率部分。
定义:对于任意常数λ,若hαβ=λgαβ,(1.1.2)在(e)M恒成立,则称(e)M是全脐的.若常数λ=0,则称(e)M是全测地的。文献[Shen]证明了如下定理和推论。
定理[Shen]:对于任意给定的黎曼流形(M,g0),则方程{(e)/(e)tgij=-2Rij,x∈M,gij(x,0)=g0(x),x∈M,(1.1.3)hαβ=λgαβ,x∈(e)M,存在短时间解。
推论[Shen]:假设(M,g)是一具有正Ricci曲率和全测地边界的紧致三维黎曼流形,则(M,g)通过Ricci流可以形变为(M,g∞)使得(M,g∞)具有常正曲率和全测地边界。
在本文中用Ricci流的方法研究n维(n≥4)的紧致带边流形,得到类似与文[Shen]的结果。
定义:C(n)-pinched曲率是指R>0且|(~R)m|2<C(n)R2(1.1.4)其中R和(~R)m分别表示数量曲率和零数量曲率张量(具体定义见下文)。定理2.1.1假设n≥4,任何具有C(n)-pinched曲率和全测地边界的光滑紧致n维黎曼流形(M,g),在Ricci流下可形变为(M,g∞)使得(M,g∞)具有常正曲率和全测地边界。其中C(n)=r/n(n-1)(n-2),r=1/2,n≥6,r=6/25,n=5r=48/125,n=4,(1.1.5)。