О гамильтоновых проективных бильярдах на границах произведений выпуклых тел
А. А. Глуцюкabc a CNRS — Unit of Mathematics, Pure and Applied
b Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики", г. Москва
c Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Высшая школа современной математики
Аннотация:
Пусть
$K\subset\mathbb R^n_q$,
$T\subset\mathbb R^n_p$ – два ограниченных строго выпуклых тела (открытые подмножества) с
$C^6$-гладкой границей. Рассматривается произведение $\overline K\times\overline T\subset\mathbb R^{2n}_{q,p}$, снабженное стандартной симплектической формой
$\omega=\sum_{j=1}^ndq_j\wedge dp_j$.
Орбиты $(K,T)$-бильярда – это 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, задаваемого 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
$\vec n(p)$ – внешний нормальный вектор к
$T_p\partial T$. Аналогичное утверждение выполнено 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 статье С.Л. Табачникова и Е.А. Гуткина в 2002 г. Исследование орбит
$(K,T)$-бильярдов тесно связано с симплектической изопериметрической гипотезой К. Витербо (контрпример к которой был недавно построен в совместной работе П. Хаим-Кислев и Я. Островера) и со знаменитой гипотезой Малера из выпуклой геометрии. В настоящей работе рассматривается специальный случай, когда закон отражения
$T$-бильярда является проективным законом отражения, введенным С.Л. Табачниковым, т.е., задается проективными инволюциями проективизированных касательных пространств
$T_q\mathbb R^n$,
$q\in\partial K$. Показано, что это происходит в том и только в том случае, когда
$T$ – эллипсоид, или, что эквивалентно, когда все
$T$-бильярды одновременно аффинно эквивалентны евклидовым бильярдам. В качестве приложения приведены аналогичные результаты для финслеровых бильярдов.
Ключевые слова:
симплектическая форма, выпуклое тело, $(K,T)$-бильярд, бильярд в финслеровом пространстве Минковского, проективный бильярд, квадрика
MSC: Primary
37J05; Secondary
37D40 Поступило в редакцию: 22 мая 2024 г.После доработки: 1 июля 2024 г.Принята к печати: 19 сентября 2024 г.