《几何分析》笔记(5)-Ricci比较定理
DreamAR

准备工作

令$M_k$为$n$维单连通黎曼流形, 截面曲率恒为$k,$ 即空间形式. 令$V_k(r)$为半径为$r$的球的体积, $S_k(r)$为其球面面积. 记

$sn_k(r)$是方程$f’’+kf=0,$ $f(0)=0,$ $f’(0)=1$的解. 记$r(x)=d(x,p),$ 那么

取$M$为$\operatorname{Ric}\ge (n-1)K$的流形, 那么对于其上的$r(x),$

一些结论是, $r(x)\in W_{loc}^{1,p}\cap C^0,$ $\,\forall\,p.$ 这就是Ricci比较定理. 由Bishop在$S_p$上给出了证明. Gromov将其推广到整体上, 统称Bishop-Gromov定理. 它在证明Gromov-Hausdorff定理中起到了重要的作用.

引理 1. 记$\omega$为体积形式, $r=d(x,p).$ 那么,

取平行标准正交基$\{e_i\},$ $\nabla_ie_j=0.$ $\{\theta_i\}$为对偶基. 那么

从而,

那么对于体积元,

比较定理

对于$r(x)=d(x,p)\in C^\infty(S_p\setminus\{p\}),$ $|\nabla_gr(x)|^2\equiv 1.$ $\Delta_g|\nabla_gr|^2=0.$ 由Bochner公式,

由于

结合$\operatorname{Ric}\ge (n-1)K,$ 我们有:

记$f(r)=\Delta_gr,$ 则

考虑$r=0$附近的渐进形态. 记$r=|x|,$ 局部我们有:

接下来我们分类讨论:

$K>0$

两边积分, 利用$\arctan$即可得到,

$K=0$

取$T=\min\{t|f(t)=0\}\in (0,+\infty].$

所以只需分析$(0,T)$上的情况.

$K<0$

那么

那么在$I$上, 记$\varphi=(n-1)\frac{sn_k’(r)}{sn_k(r)},$ 使得有:

记$F’(t)=\frac{1}{-(n-1)K-\frac{t^2}{n-1} },$ 它在$I$上取负. 那么$F$单调递减,

记$\alpha(r)=f(r)-\varphi(r).$ 设$\alpha(r_0)>0.$ 定义$r_1=\max\{r| r<r_0,\alpha(r)=0\}.$ 在$(r_1,r_0)$上,

因此$-(n-1)K-\frac{f^2}{n-1}<0,$ $(r_1,r_0)\subset I.$ 由同样的方法可以分析出其上有$f(r)\le \varphi(r),$ 矛盾. 从而$\alpha(r)\le 0,$ 即$f\le \varphi.$

综上, 我们证明了定理:

定理 2. 对$\operatorname{Ric}\ge (n-1)K$的完备黎曼流形$M,$ $\,\forall\,x\in S_p\setminus\{p\},$ 我们有:

文章最后更新于 2022-09-26 19:08:06

  • 本文标题:《几何分析》笔记(5)-Ricci比较定理
  • 本文作者:DreamAR
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