О гамильтоновых проективных бильярдах на границах произведений выпуклых тел
А. А. Глуцюкabc a Высшая школа современной математики МФТИ, Москва, Россия
b CNRS, UMR 5669 (UMPA, ENS de Lyon), Lyon, France
c Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”, Москва, Россия
Аннотация:
Пусть
$K\subset \mathbb R^n_q$ и
$T\subset \mathbb R^n_p$ — два ограниченных строго выпуклых тела (открытых подмножества) с
$C^6$-гладкими границами. Рассматривается произведение $\,\overline {\!K}\times \overline T\subset \mathbb R^{2n}_{q,p}$, снабженное стандартной симплектической формой
$\omega =\sum _{j=1}^ndq_j\wedge dp_j$.
Орбитами $(K,T)$-
бильярда называются непрерывные кривые на границе
$\partial (K\times T)$, пересечения которых с открытым всюду плотным подмножеством
$(K\times \partial T)\cup (\partial K\times T)$ касаются характеристического поля направлений, заданного ядрами ограничений симплектической формы
$\omega $ на касательные пространства к границе. Для любой точки
$(q,p)\in K\times \partial T$ характеристическая прямая в
$T_{(q,p)}\mathbb R^{2n}$ порождается вектором
$(\vec n(p),0)$, где
$\vec n(p)$ — вектор внешней нормали к
$T_p\partial T$; аналогичное утверждение справедливо и для
$(q,p)\in \partial K\times T$. Проекция каждой орбиты
$(K,T)$-бильярда на
$K$ является орбитой так называемого
$T$-бильярда в
$K$. В случае, когда тело
$T$ центрально симметрично, это бильярд в пространстве
$\mathbb R^n_q$, снабженном структурой финслерова пространства Минковского, "двойственной к
$T$". Соответствующий финслеров закон отражения был введен в совместной работе С. Табачникова и Е. Гуткина в 2002 г. Исследование орбит
$(K,T)$-бильярдов тесно связано с симплектической изопериметрической гипотезой К. Витербо (контрпример к которой недавно построили П. Хаим-Кислев и Я. Островер) и со знаменитой гипотезой Малера из выпуклой геометрии. В настоящей работе исследуется частный случай, когда закон отражения
$T$-бильярда является проективным законом отражения, введенным Табачниковым, т.е. задается проективными инволюциями проективизированных касательных пространств
$T_q\mathbb R^n$,
$q\in \partial K$. Показано, что это происходит тогда и только тогда, когда
$T$ — эллипсоид, или, что эквивалентно, когда все
$T$-бильярды одновременно аффинно эквивалентны евклидовым бильярдам. В качестве приложения аналогичные результаты выводятся для финслеровых бильярдов.
Ключевые слова:
симплектическая форма, выпуклое тело,
$(K,T)$-бильярд, бильярд в финслеровом пространстве Минковского, проективный бильярд, квадрика.
Поступило в редакцию: 22 мая 2024 г.После доработки: 10 июля 2024 г.Принята к печати: 19 сентября 2024 г.
DOI:
10.4213/tm4438