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# Hopf 微分
Definition. R3 中的常平均曲率曲面是指平均曲率 H 为常数的曲面,而 H=0 的曲面称为极小曲面。
# 等温参数的复表示
Theorem 1.1. 设 rr 是曲面 Σ 的位置向量,nn 是单位内法向量场,则
ΔΣrr=2Hnn
提供两种证明方法,证明一是取正交标架,将 rr 投影,得到 ⟨rr,aa⟩:=f,对 f 应用 Laplace-Beltrami 算子,最后注意到 aa 是任意选定的常向量。证明二是取等温参数,利用等温参数下的第一基本形式系数简化计算。两者在不同的层面进行了计算的简化。详细结果参见 Laplace-Beltrami 算子部分。
Definition. 设 Σ 为 R3 中曲面,设 u,v 为 Σ 上的等温参数,引入复参数 z=u+iv,则 Σ 的度量为
ds2=λ2(du2+dv2)=λ2dzdzˉ
记号如下:
- z=u+iv,zˉ=u−iv;
- ∂z=21(∂u−i∂v),∂zˉ=21(∂u+i∂v);
- dz=du+idv,dzˉ=du−idv;
- ΔΣ=λ21(∂u2+∂v2)=λ24∂z∂zˉ=λ24∂zˉ∂z=λ24∂zˉz=λ24∂zzˉ。
称 {rrz,rrzˉ;nn} 为曲面 Σ 的复标架。
张量结构,复化后内积应满足双复线性,而非共轭线性。
Corollary 1.2. 曲面 Σ 的位置向量 rr 的 Laplace-Beltrami 方程复表示为
ΔΣrr=λ24∂z∂zˉ∂2rr=2Hnn⟹rrzzˉ=2λ2Hnn
Corollary 1.3. 关于曲面 Σ 在复标架下的结论:
- {rrz,rrzˉ;nn} 是正交标架;
# Hopf 定理
Theorem 3.1. Heintze-Karcher 不等式:设 M 为 Rn+1 为紧致嵌入超曲面,其围成区域 Ω,体积记为 V。假设 H>0,则
∫MH1dA≥(n+1)V
等号成立当且仅当 M 为 n 维球面。
Theorem 3.1. Alexandrov 定理:设 M 为 Rn+1 中紧致嵌入(即没有自交点)超曲面,如果 M 的平均曲率 H 为常数,则 M 是 n 维球面。