Ward方程的Bäcklund变换

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院数学与系统科学研究院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunzhiqiang7310
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此报告的主要内容来自于与藤楚莲教授合作完成的两篇关于Ward方程的论文。  第一篇论文的主要内容是构造2+1维可积系统:Ward方程,或修饰过的2+1维手征模型的孤立子解。该方程于1988年由Ward引入。用解黎曼-希尔伯特问题的方法,他构造了Ward方程的多孤立子解,它们所对应的广义解关于普参数只有一些简单极点。这种方法的其中一步用到了克莱姆法则去解一些线性方程组。由此得到的多孤立子解具有平凡的散射性质:每个孤立子在发生碰撞后仍然保持原来的形状和速度。1995年,Ward用一种极限的方法得到了具有二阶极点的广义解,它们所对应的双孤立子解具有非平凡的散射性质:各个孤立子在发生碰撞后改变了原来的运动方向。他的想法是适当选取简单极点为i+ε和i-ε的广义解,当ε趋向于0的时候,他得到了具有二阶极点的广义解。1996年Ioannidou用类似的想法构造了具有三阶极点的广义解。但是在用这种极限方法构造具有更高阶极点的广义解的时候,计算变得异常复杂而无法得到极限下的广义解。我们所用的重要工具是代数B(a)cklund变换。对于任给的广义解以及一般的广义单孤立子解,这种变换代数地给出新的广义孤立子解。该变换用到了loop群的置换公式,而此置换公式由藤和乌伦贝克于2000年开始了研究。利用代数B(a)cklund变换以及一种新的k阶极限方法,我们显示构造了具有k阶极点的广义解,这里k为任意自然数。将代数B(a)cklund变换推广以后,我们可以构造任意极点分布的广义解。更进一步,我们证明这些解给出了Ward方程的所有孤立子解。这一结论基于以下两点:(i)Ward方程的所有孤立子解都可以通过连续多次的解析B(a)cklund变换(一阶偏微分方程组)得到;(ii)上述极限方法以及代数B(a)cklund变换可以给出每一次解析B(a)cklund变换的基本解。  Ward孤立子的运动非常有意思。我们用PASCAL程序以及其它的软件制作了一些Ward孤立子的动画,读者可以通过藤教授的主页观看这些动画。我们感谢Richard Palais教授对我们在PASCAL编程中的帮助,在制作动画的时候我们也用到他的3D-ExplorMath程序。进一步研究Ward孤立子的碰撞行为以及渐进性质可能很有意思,也有一定的挑战性。从Ward孤立子中挑选出所有不依赖于时间的解,我们得到了一个简单的,显示构造所有酉子解(即所有从2维球面到酉群的调和映照)的方法。对于给定的投影算子的秩以及一些有理映射,我们可以非常简单的给出酉子解的公式。乌伦贝克于1989年对于从2维球面到酉群的调和映照做出了奠基性的工作。后来,Wood,Burstall和Guest给出了如何构造所有酉子解的方法,但是他们的方法并不能简单的给出酉子解的公式。  第二篇论文的目的是构造Ward方程在关于空间变量满足双周期边界条件下的同宿解。考虑这一问题的起因是2003年藤和乌伦贝克的工作:她们构造了从1+1维洛伦兹空间到任意紧致对称空间的同宿波映照。当1+1维波映照的目标流形是2维球面的时候,Shatah和Strauss于1996年构造了这样的同宿波映照。我们构造Ward方程同宿解的主要工具仍然是代数B(a)cklund变换。做法是首先选取Ward方程的一个特殊解J0,它的像落在SU(n)的一个阿贝尔子群上;然后对J0作2k次代数B(a)cklund变换,在作变换的时候,仔细地选取广义单孤立子解的极点位置以及投影算子;最后证明这样得到的Ward方程的解在时间趋向正负无穷的时候趋向同样的极限(-1)kJ0,而且解是同宿的。该文中我们也构造了无穷多关于时间周期的Ward方程的解。方法是连续地对由椭圆函数得到的单孤立子解作代数B(a)cklund变换,在满足一定的有理条件下,得到的解关于时间是周期的,因而关于三个时空变量都是周期的。周期解和同宿解在研究动力系统的过程中起着重要的作用。  Ward方程和另外两个可积系统:R2,2上的自对偶杨-米尔斯方程和R2,1上的杨-米尔斯-黑格斯方程有紧密的联系。在研究Ward方程的过程中建立起来的loop群的方法也有可能用来研究这两个可积系统。虽然这两个可积系统的解空间都是无穷维的,希望这一方向能够有新的发现。
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