Parole chiave:
Equazioni alle Derivate Parziali ellittiche degeneri non lineari
Equazioni Subellittiche
Strutture geometriche SubRiemanniane
I miei principali interessi di ricerca riguardano lo studio di una
classe di equazioni totalmente nonlineari ed ellittiche degeneri,
le equazioni di curvatura di Levi, che intervengono nella
caratterizzazione dei domini di olomorfia nella teoria delle
funzioni olomorfe di più variabili complesse. Le equazioni di
Levi-Monge-Ampère ( equazioni LMA) possono essere viste come
la controparte pseudoconvessa delle usuali equazioni di curvatura
reali (equazione di curvatura media, equazione di curvatura di
Gauss , etc..) e dell'equazione di Monge-Ampère reale
[ML].
Queste equazioni sono NON ELLITTICHE
in ogni punto e subellittiche se calcolate sulla classe
delle funzioni pseudoconvesse. Questa cruciale proprietà ha
permesso in passato di ottenere
diversi risultati. Il nostro scopo è ora quello di provare
risultati ottimali di regolarità per le soluzioni viscose del
problema stazionario, e di studiare poi il flusso per curvatura di
Levi per ottenere nuove informazioni su problemi di simmetria.
Sia M un'ipersuperficie reale in C^{n+1}, bordo di un dominio
D.
La forma di Levi in un punto p di M è una forma Hermitiana sullo
spazio tangente complesso. Poichè questo spazio ha dimensione
complessa n, la forma di Levi ha n autovalori reali. Data una
funzione simmetrica generalizzata ( nel senso di
Caffarelli-Nirenberg-Spruck [CaNiSp]) è naturale definire S-
curvatura di Levi di M in p, la funzione S calcolata sugli
autovalori della forma di Levi. Se M è il grafico di una funzione
u, e richiediamo che
M abbia
S-curvatura assegnata, otteniamo un'equazione alle derivate
parziali del secondo ordine che è totalmente nonlineare e NON
ellittica in ogni punto.
In seguito chiameremo operatore di
Levi-Monge-Ampère (operatore LMA)
la parte del secondo ordine di queste equazioni. La classe di
euazioni LMA è stata implicitamente introdotta da Bedford e Gaveau
[BeGa] e da Tomassini [To], per lo studio di domini pseudoconvesssi
e degli inviluppi di olomorfia in C^{n+1}. La classe LMA è
stata poi precisamente formalizzata da Montanari
e Lanconelli in [MoLa]. In [MoLa] si dimostra che le naturali
linearizzazioni degli operatori LMA sono NON ellittiche in
ogni punto. Diventano invece subellittiche, se calcolate su
funzioni S-pseudoconvesse. Infatti, possono essere scritte come
"somme di quadrati" di campi vettoriali non lineari ( cioè
operatori differenziali del primo ordine). Sull'insieme delle
funzioni S-pseudoconvesse le direzioni dei campi vettoriali
sono le uniche direzioni di ellitticità per gli operatori LMA. La
direzione mancante di ellitticità può essere recuperata
considerando i commutatori dei campi. Questa è una proprietà
cruciale, sulla quale si basano la maggior parte dei resultati in
letteratura sugli operatori LMA: riassumiamo ora lo stato dell'arte
su questo argomento elencando i risultati ottenuti. (a) Il problema
di Dirichlet per gli operatori LMA è stato studiato da Da Lio
e Montanari in [DaMo], dove si dimostra esistenza e unicità di una
soluzione viscosa Lipschitziana
sotto ipotesi ottimali. Il problema della regolarità ottimale di
queste soluzioni è quasi completamente aperto. Solo nel caso di
dimensione più bassa un risultato di
Citti-Lanconelli-Montanari [CiLaMo] fornisce una soluzione completa
al problema . Infatti, in [CLM] si dimostra che
tutte le soluzioni viscose
Lipschitziane dell'equazione di Levi sono
C^{infty}, se la curvatura assegnata è regolare e liscia. Il
problema, in dimensione più alta è molto difficile e non può essere
affrontato utilizzando le tecniche note per le equazioni ellittiche
totalmente nonlineari. (b) Principi del confronto forte, in
ogni dimensione [MoLa]. (c) Simmetria sferica per domini di
Reinhardt limitati
con curvatura di Levi costante [HoLa]. In
[MaMo2] si dimostrano alcune formule integrali e
disuguaglianze isoperimetriche per domini compatti in termini delle
curvature di Levi, dalle quali seguono risultati di simmetria
sferica per domini stellati con curvature di Levi
costanti. In [MaMo3] utilizzando una tecnica di geometria
differenziale, si dimostra che se la direzione caratteristica
è una geodetica allora è un'autovettore della seconda forma
fondamentale ed il relativo autovalore è costante. Come
applicazione si ottiene un risultato di simmetria, di tipo
Alexandrov, per ipersuperfici compatte con curvatura media di Levi
costante. In [MoMo] si dimostra poi che ogni superficie di
Levi ombelicale (cioè con tutti gli autovalori della
forma di Levi uguali e costanti) sono sfere nel caso compatto
e cilindri nel caso non limitato. (d) Stime del gradiente interne
per l'equazione di curvatura media di Levi [MaMo1]. Ci apettiamo
che la regolarità ottimale di queste soluzioni possa essere
studiata con le tecniche introdotte in [CiLaMo] per l'equazione di
Levi
in dimensione più bassa.
Ci proponiamo pertanto di studiare le proprietà di regolarità per
le soluzioni di equazioni alle derivate parziali totalmente
nonlineari modellate sulle equazioni di Levi. Ci proponiamo poi di
studiare il moto per curvatura di Levi per ottenere nuove
informazioni sulle proprietà di simmetria. Ci proponiamo di
studiare alcune nozioni di curvatura che sono associate alla
pseudoconvessità e alla forma di Levi come le classiche curvature
di Gauss e di curvatura media sono associate alla convessità e alla
matrice Hessiana reale. In particolare, data una funzione non
negativa k, l'equazione di Levi Monge Ampère per il grafico di u è
det L = k(x,u)(1+|Du|^2)^ {(n+1)/2}, dove L è la forma di Levi del
grafico di u e Du è il gradiente Euclideo di u. Più in generale,
considereremo funzioni simmetriche elementari negli autovalori
della forma di Levi L. Queste equazioni di curvatura contengono
informazioni sul contorno geometrico di un ipersuperficie
chiusa. L'operatore di curvatura conduce a definire una nuova
classe di equazioni alle derivate parziali del secondo ordine
totalmente nonlineari la cui forma caratteristica, quando calcolata
sulle funzioni pseudoconvesse, è semidefinita positiva, con nucleo
di dimensione uno. Pertanto, le equazioni sono non ellittiche in
ogni punto, ma hanno la seguente proprietà: la direzione di
ellitticità mancante può essere recuperata con opportune relazioni
di commutazione. Utilizzeremo questa proprietà per studiare
esistenza unicità e regolarità delle soluzioni viscose del problema
di Dirichlet per grafici con assegnate curvature di Levi. Per
attaccare il problema della regolarità locale delle soluzioni
viscose lipschitziane il PRIMO ANNO ci proponiamo di studiare
la teoria della regolarità per tre problemi vicini:
[1.] Equazione di Levi Monge Ampère in coordinate
cilindriche. In questo caso possiamo dimostrare che l'equazione di
assegnata curvatura di Levi è un'equazione quasilineare ellittica
degenere in due variabili, il cui prototipo è l'operatore di
Grushin. [2.] L'equazione di Monge Ampère subellittica,
rispetto a campi invarianti a sinistra. [3.] Funzioni
simmetriche elementari negli autovalori di matrici reali del tipo
A(x,Du)D^2uA^T(x,Du), dove D^2u è la matrice
Hessiana reale, Du è il gradiente Euclideo di u, e le cui
soluzioni classiche sono buoni candidati per approssimare le
soluzioni viscose delle precedenti equazioni alle derivate
parziali. Il problema dell'esistenza ed unicità delle soluzioni
viscose per il problema di Dirichlet verrà studiato in
collaborazione con Francesca Da Lio, Università di Padova. Per
attaccare il problema della regolarità di queste equazioni ci
proponiamo di utilizzare la teoria della regolarità sviluppata in
[CaCa] e in [CaNiSp]. Ci proponiamo poi di studiare il problema di
diffusione. Innanzitutto ci proponiamo di studiare il moto per la
traccia della forma di Levi. Un bellissimo lavoro di Huisken e
Klingerberg [HK] afferma che se l'ipersuperficie iniziale è
strettamente pseudoconvessa e C^{2,alpha}, allora per tempi piccoli
l'evoluzione secondo la traccia della forma di Levi è C^{2,\alpha}.
Inoltre, per [Mo] l'evoluzione è C^{infty} per tempi piccoli. Ci
proponiamo di studiare cosa succede alle parti Levi piatte
dell'ipersuperficie iniziale facendole evolvere per curvatura di
Levi. Ci proponiamo inoltre di studiare esistenza, unicità e
regolarità del moto per funzioni simmetriche elementari della forma
di Levi e di utilizzare questi risultati per ottenere stime
isoperimetriche per il problema iniziale e proprietà di
caratterizzazione per ipersuperfici chiuse con qualche curvatura di
Levi costante.
Riferimenti bibliografici
[CaCa] Caffarelli, Luis A.; X Cabré, Xavier Fully
nonlinear elliptic
equations. AMS , Providence, RI, 1995.
[CaNiSp] L. Caffarelli, L.Nirenberg,J.Spruck, Comm.Pure Appl. Math.
(1985)
[CiLaMo] G.Citti,E.Lanconelli,A.Montatori, Smoothness of
Lipschtiz
continuous graphs with nonvanisching Levi curvature, Acta Math.,
188,
(2002) 87-128
[DaMo] F. Da Lio, A. Montanari: Existence and Uniqueness of
Lipschitz
Continuous Graphs, Ann. Inst. H. Poincaré Anal. Non Linèaire 23 no.
1
(2006) , 1-28.
[HK] G. Huisken; W. Klingenberg. Flow of real hypersurfaces by
the trace of the Levi form. Math. Res. Lett. 6 (1999), no.
5-6, 645--661. [HoLa] J.Hounie.E. Lanconelli, An Alexander
type Theorem for Reinhardt
domains of C^2, Contemporary Math, 400 (2006), 129-14
[MaMo1] V. Martino, A. Montanari: Local Lipschitz continuity of
graphs
with prescribed Levi urature, NoDEA, Nonlinear Differential
Equations and Applications, 14, 2007,377-390 [MaMo2]. V. Martino,
A. Montanari: Integral formulas for a class of
curvature PDE's and applications., Forum Mathematicum, Issue 22:2
(2010), 255—267 [MaMo3] V. Martino, A. Montanari, On the
characteristic direction of real hypersurfaces in CN+1 and a
symmetry result, to appear in Advances in Geometry [Mo] A.
Montanari, Real hypersurfaces evolving by Levi curvature: smooth
regularity of solutions to the parabolic Levi equation,
Comm. Partial Differential Equations 26 (2001), no. 9-10,
1633--1664
[MoLa] A. Montanari, E. Lanconelli, Pseudoconvex Fully
Nonlinear
Partiall Differential Operators. J.Diff. Eq. 202(2004) 306-333.
[MoMo] R. Monti D.Morbidelli., J. Reine Angew. Math. 603,
(2007), 113-131.
[To] G. Tomassini, Ann. Mat. Pura Appl.(1988)