Инъективные отображения и метрические свойства изгибаемых многогранников тема автореферата и диссертации по математике, 01.01.04 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

АЛЕКСАНДРОВ Виктор Алексеевич

ИНЪЕКТИВНЫЕ ОТОБРАЖЕНИЯ И

МЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗГИБАЕМЫХ МНОГОГРАННИКОВ

01.01.04 — геометрия и топология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

УДК 514.77

Москва — 2004

Работа выполнена в Институте математики им. С.Л.Соболева Сибирского отделения РАН.

Научный консультант: доктор физико-математических

наук, профессор МГУ Иджад Хакович Сабитов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

паук

Николай Петрович Долбилин

доктор физико-математических

наук, профессор

Анатолий Дмитриевич Милка

доктор физико-математических

наук, профессор

Александр Сергеевич Мищенко

Ведущая организация: Санкт-Петербургское отделение

Maтематического института им. В.А. Стеклова РАН

Защита состоится «_1_ » октября 2004 г. в 1С часов 15 минут на заседании диссертационного совета Д.501.001.84 в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ, механико-математический факультет, аудитория 14-08.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке механико-математического факультета МГУ (Главное здание, 14-й этаж).

Автореферат разослан «_» 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.501.001.84 в МГУ доктор физико-математических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. После того, как в 1977 году Р. Кон-нелли1 опубликовал пример вложенного замкнутого изгибаемого многогранника, теория изгибаемых многогранников привлекла внимание многих современных геометров. С тех пор были открыты разнообразные и глубокие свойства изгибаемых многогранников, например, — теорема Сабитова о постоянстве объема изгибаемого многогранника в процессе изгибания. Круг задач, методов и математиков, вовлеченных в эту проблематику неуклонно расширяется.

Цель работы состоит в решении ряда известных и новых задач геометрии «в целом» и прежде всего — теории изгибаемых многогранников.

Методы исследования. В диссертации применяются и развиваются, прежде всего, методы синтетической геометрии, теории поверхностей и геометрической теории функций.

Научная новизна. Все результаты соискателя, включенные в диссертацию, являются новыми.

Практическая и теоретическая ценность. Работа носит теоретический характер. Ее результаты могут найти применение в фундаментальных исследованиях по геометрии поверхностей и многогранников, а также в некоторых прикладных исследованиях по теории тонких оболочек, стереохимии, анализу протеинов и т.п.

Вклад диссертации в развитие геометрии «в целом», на наш взгляд, состоит в том, что решен ряд грудных задач, а также предложены новые методы решения некоторых задач геометрии «в целом», интерес к которым в той или иной форме проявляли многие современные геометры. Вот наиболее значимые результаты, выносимые на защиту:

• выведена новая формулировка дифференциального условия Н.В. Ефимова, гарантирующего гомеоморфность отображения/ : R2 -> R2;

• найдены условия, гарантирующие вложимость n-мерной локально-евклидовой метрики в пространство

'Connelly R. A counterexample to the rigidity conjecture for polyhedra// Publ. math. IHES. 1977. T. 47. P. 333-338.

РОС. UAUtttUAvlWUAfl SHWHiOTEKA C.fkwp^ypc . . j

оэ тцшпчЬН

♦ предложен оригинальный метод построения одномерных жестких множеств на плоскости, основанный на теореме устойчивости для пространственных конформных отображений;

♦ построен пример изгибаемого многогранника в трехмерном сферическом пространстве, не сохраняющего в процессе изгибания ни объем, ни среднюю кривизну;

♦ предложен новый подход к продолжению бесконечно малых изгибаний многогранников в «настоящие» изгибания, основанный на теореме о неявной функции для систем нелинейных алгебраических уравнений в случае, когда определитель матрицы Якоби равен нулю;

♦ показано, что в трехмерном пространстве Минковского существуют изгибаемые многогранники, причем все они сохраняют в процессе изгибания и объем и среднюю кривизну.

Апробация работы. Доклады о диссертации в целом были сделаны на следующих семинарах: семинар кафедры дифференциальной геометрии и ее приложений МГУ (рук. акад. А.Т. Фоменко; октябрь 2003), семинар математического отделения Физико-технического института низких температур им. Б.И.Всркина НАН Украины (рук. чл.-корр. НАН Украины Е.Я. Хруслов; октябрь

2003), семинар кафедры геометрии Ростовского гос. университета (рук. проф. С.Б. Климентов; октябрь 2003), семинар отдела анализа и геометрии Института математики им. С.Л. Соболева СО РАН (рук. акад. Ю.Г. Решетняк; ноябрь 2003), общеинститутский математический семинар Института математики им. С.Л. Соболева СО РАН (рук. акад. Ю.Л. Ершов; ноябрь 2003), семинар лаборатории геометрии и топологии Санкт-Петербургского отделения Математического института им. В. А. Стеклова (рук. проф. Ю.Д. Бураго; декабрь 2003), семинар кафедры высшей геометрии и топологии МГУ (рук. проф. А.С. Мищенко; январь и февраль

2004), семинар кафедры алгебры МГУ (рук. проф. В.Н. Латышев; февраль 2004), семинар «Геометрия, топология и их приложения» Института математики им. С.Л. Соболева СО РАН (рук. чл.-корр. И.А. Тайманов; март 2004).

Кроме того, результаты, включенные п диссертацию, по мере их появления, докладывались на многих семинарах и конференциях. Назовем только выступления за несколько последних лет: Международная конференция-школа но геометрии и анализу

(сентябрь 2002, Новосибирск), конференция по гиперболической геометрии, посвященная 200-летию со дня рождения Я.Больяйи (июль 2002, Будапешт, Венгрия), Вторая российско-германская геометрическая конференция, посвященная 90-летию А.Д. Александрова (июнь 2002, С.-Петербург), семинар лаборатории «Геометрия и динамика» университета Париж-7 (май 2001, рук. проф. Г. Розенберг), конференция по выпуклой геометрии (апрель 2001, Обервольфах, ФРГ), конференция «Геометрия и приложения», посвященная 70-летию В.А. Топоногова (март 2000, Новосибирск), семинар по геометрии в целом на мех.-мате МГУ (ноябрь 1999, рук. доц. Э.Р. Розендорн, проф. МГУ И.Х. Сабитов, проф. Е.В. Шикип), международная конференция «Топология и динамика», посвященная 80-летию В.А. Рохлина (август 1999, С.-Петербург).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 работах соискателя, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и девяти глав. Она содержит 160 страниц и 31 рисунок. Список цитированной литературы включает 126 наименований. 12 работ соискателя по теме диссертации приведены отдельным списком.

ОБЗОР СОДЕРЖАНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

Многие результаты геометрии «в целом» естественным образом могут быть переформулированы в терминах инъективности или сюрьективности некоторых специальных отображений метрических пространств или даже областей в Ш". Именно такая трактовка геометрических задач позволила А.Д.Александрову в его знаменитой книге «Выпуклые многогранники»2 доказать теорему существования для выпуклого многогранника в с данной разверткой, а также теоремы Линделёфа и Минковского. По сути тем же методом Е.М.Андреев доказал теорему о существовании многогранника с заданными двугранными углами в трехмерном пространстве Лобачевского3. Недавно Ж.-М.Шленкер вновь

п

Александров А.Д. Выпуклые многогранники. М.-Л.: Гостехтеориздат, 1950.

^Андреев Е.М. О выпуклых многогранниках в пространстве Лобачевского// Ма-тсм. сб. 1970. Т. 81. С. 445-478.

успешно применил этот метод для доказательства теоремы о существовании выпуклого многогранника с заданной разверткой в трехмерном пространстве Минковского4.

Ядро диссертации составляют решения некоторых задач геометрии «в целом», и, прежде всего, — теории изгибаемых мною-гранников, в решении которых существенную роль играют теоремы о локальной или глобальной обратной или неявной функции. Впрочем, в диссертацию вошли как некоторые близкие по духу задачи геометрии «в целом», решаемые иными методами, так и некоторые специальные проблемы, связанные с инъективностью отображений, не нашедшие пока применения в геометрии.

Диссертация состоит из введения и девяти глав, в каждой из которых обсуждается более или менее замкнутый круг вопросов. Кратко опишем основные результаты, полученные в каждой главе.

В первой главе выводится новая формулировка дифференциального условия Н.В. Ефимова, гарантирующего гомеоморфность отображения / : R2 —» R2. На этой основе с помощью теоремы Лдамара-Леви-Джона о глобальной обратной функции даются дифференциальные условия, при выполнении которых отображение / не только инъективно, но и сюръективно. Изложение следует работам соискателя5 и 6.

Если говорить более точно, то Н.В. Ефимов доказал следую-

7

щую замечательную теорему.

Теорема 1.1. Пусть f : R2 —»■ R2 принадлежит классу С1, причем якобиан отображения f всюду отрицателен., т.е. det/'(x) < 0 для всех i е R2. Пусть, кроме того, существуют положительная функция <а = а{х) > 0 и неотрицательные постоянные С\, Ci такие, что для всехх, у G R2 справедливо неравенство

\1/а{х)-1/а{у)\<С1\х-у\ + С2.

4Schlenker J.-M. Convex polyhedra in Lorentzian space-forms/'/ Asian J. Math. 2001. V. 5, no. 2, 327-364.

"'Александров B.A. К теореме Ефимова о дифференциальных признаках гомеоморфизма// Матем. сб. 1990. Т. 181, N2. С. 183-188.

I?

"Atexandrov V.A. Remarks on Efimov's theorem about differential tests of homeo-morphism// Rev. Roum. Math. Pures et Appl. 1991. V. 36, no.3 4. P. 101-105.

'Ефимов Н.В. Дж|>ферснциальные признаки гомеоморфности некоторых отображений с применением в теории поверхностей// Матем. сб. 1968. Т. 76. С. 499-512.

6

Тогда если для всех x€i2 выполнено неравенство

\detf'(x)\>a(x)\rotf(x)\ + a2(x)t

то /(К2) есть выпуклая область и f отображает К2 на /(К2) гомеоморфно. (Здесь rot/(x) означает, как обычно, ротор функции / в точке х = (xi, Х2) € R2, т. е. rot/(ж) = df2/'dxi(x) -dfi/dx2(x).)

В первой главе доказано несколько теорем, аналогичных теореме 1.1, среди которых мы выделим следующую.

Теорема 1.48. Пусть / : R2 —> R2 принадлежит классу С1, причем det f'(x) < 0 для всех х G R2. Пусть, кроме того, существуют положительная функция Ь(х) > 0 и неотрицательные постоянные Ci,C2 такие, что для всех х, у £ М2 справедливо неравенство

\l/b(x)-l/b(y)\<C1\x-y\ + C2.

Тогда если для всех х 6 R2 выполнено неравенство •

Ы*)|>Мх)| >ь(х),

где /xi(х) и /¿2(2) — собственные числа линейного отображения ?{х), то /(К2) есть выпуклая область и f отображает R2 на /(R2) гомеоморфно.

. Предложенное соискателем доказательство теоремы 1.4 состоит в том, чтобы убедиться, что из условий теоремы 1.4 вытекают условия теоремы 1.1. Н.С. Даирбековым было замечено что и наоборот, из условий теоремы 1.1 вытекают условия теоремы 1.4. В этом смысле обсуждаемые теоремы эквивалентны. Однако теорема 1.4, по нашему мнению, указывает направление, в котором следует искать многомерные аналоги теоремы Ефимова, что и было сформулировано в качестве гипотезы в работах соискателя 1990 и 1991 годов8: ограничения на рост спектрального радиуса обратного отображения от производной влечет инъективность многомерного отображения.

8См. сноски 5 и 6 на стр. 6.

Любопытно отметить, что в 1998 году к этой же самой гипотезе (остающейся открытой до сих пор) независимо пришли некоторые зарубежные ученые, специализирующиеся в так называемой вещественной гипотезе якобиана9, а в 2002 году другой группе зарубежных исследователей, занимающихся преимущественно динамическими системами, удалось обобщить теорему 1.4, показав10, что отображение f остается инъективным даже если запретить собственным числам его производной приближаться к нулю лишь но вещественной оси (не препятствуя их приближению к нулю по другим направлениям).

Во второй главе вопрос о вложимости локально-евклидовой метрики исследуется с помощью теоремы о глобальной обратной функции Такой подход позволяет единообразно исследовать вложимость многомерных метрик. Кроме того мы показываем, что если погружение метрики уже построено, то задача о ее вложении может быть решена нашим методом при весьма слабых предположениях о гладкости погружения.

Отправной точкой наших исследований послужила статья И.Х. Сабитова15 (см. также более позднюю статью16 того же автора), в которой прослежено, в какой мере гладкость коэффициентов плоской локально-евклидовой метрики определяет гладкость изометрического погружения этой метрики в изучены вопросы о нахождении изометрического погружения в квадратурах и о том, когда такое погружение является вложением.

"chamberland M., Meisters G. A mountain pass to the Jacobian conjecture// Can. Math. Bull. 1998. V. 41, no.4. P. 442-451.

^Cobo M., Gutierrez C., Llibre J. On the injectivity of C1 maps of the real plane// Can. J. Math. 2002. V. 54, No.6. P. 1187-1201.

^Browder F.E. Nonlinear operators and nonlinear equations of evolution in Banach spaces// Proceedings of symposia in pure math. 1976. V. 18, part 2. Amer. Math. Soc.: Providence.

i о

Hadamard J. Sur Jes transformations ponctuelles// Bull. Soc. Math. France. 1906. T. 34. P. 71-84.

l^John F. On quasi-isometric mappings. I// Comm. pure appl. math. 1968. V. 21, no.l. P. 77-110.

^Plastock it. Ilomeomorphisms between Danach spaces// TVans. Amer. Math. Soc. 1974. V. 200. P. 169-183.

^Сабитов И.Х. Изометрические погружения и вложения локально-евклидовых метрик в R2 // Тр. семин. по вект. и тенз. анализу МГУ. 1988. Вып. 23. С. 147-156.

1вСабитов И.Х. Изометрические погружения и вложения локально-евклидовых метрик в R3// Изв. Росс. Акад. Наук, Сер. Матем. 1999. Т. 63, N6. С. 147-166.

8

Допуская некоторую вольность речи, можно сказать, что во второй главе мы переносим указанные результаты И.Х. Сабитова на многомерные метрики. В качестве типичного результата, полученного в этом направлении соискателем, укажем следующую теорему, дающую ограничения на коэффициенты локально-евклидовой метрики, при выполнении которых шар фиксированного радиуса заведомо допускает изометрическое вложение в евклидово пространство той же размерности.

Теорема 2.1117. Пусть а Мп, тг > 2, задана локально-евклидо-

п

ва метрика ¿в2 = ^ класса Ст, т > Г. Для произ-

»¿=1

вольной точки ги Е Кп построим функции

ЛГ(4)= вир У{ь)

|и-и>|<4

М( 0 = М

[V—

где

У(у) =

И» =

1=1

А 1 "

Тогда для всякого положительного R, удовлетворяющего неравенству

евклидов шар радиуса Я с центром ги, снабженный метрикой йв2, допускает изометрическое вложение в Кп класса Ст.

Приводятся примеры, показывающие, что в утверждениях, приводимых в главе 2 и аналогичных цитированной выше теореме 2.11, интегральные ограничения на коэффициенты метрики, вообще говоря, не могут быть ослаблены.

^^Александров В.Л. Вложение локально-евклидовых и конформно-евклидовых метрик// Матсм. сб. 1991. Т. 182, N8. С. 1105-1117.

В конце главы 2 мы применяем теоремы В.А. Зорича18, 19 об устранимости изолированной особой точки локально-квазиконформного отображения к вопросу о вложении n-мерной конформно-евклидовой метрики в R", п > 3.

Результаты главы 2 опубликованы в работе соискателя20 .

Третья глава диссертации посвящена решению интересного вопроса, аналогичного традиционным проблемам геометрии «в целом», при решении которого ключевую роль сыграли теоремы о строении «в целом» 1-квазиизомстрических или 1-квазиконформных отображений. Вопрос был инициирован польскими математиками К. Ворсуком и М. Мощинской21 и может быть сформулирован так.

Пусть М — множество в Ш", любые две точки которого могут быть соединены спрямляемой кривой, целиком лежащей в М. Точную нижнюю границу длин всех таких кривых называют внутренним расстоянием рм между данными точками. Множество М С R", допускающее введение внутреннего расстояния, называегся жестким, если дли любого множества до-

пускающего введение внутреннего расстояния, любая изометрия может быть продолжена до изометрии пространства R" с евклидовой метрикой на себя.

Вопрос состоит в том, может ли быть жестким множество М С Rn, если его размерность меньше п? Отметим, что дополнительную красоту этому вопросу придает отсутствие каких-либо априорных требований о наличии гладких структур у рассматриваемых множеств и отображений.

В третьей главе строится одномерное жесткое множество вК2.

Построение базируется на оригинальном методе, предложенном

22

соискателем , в котором ключевую роль играет теорема устойчивости квазиконформных отображений. Появление этой статьи

1 я

Зорич В.Л. О допустимом порядке роста характеристики квазиконформности в теореме М.Л.Лаврентьева// ДАН СССР. 1968. Т. 181. С. 530-533.

*®Agard S., Marden A. A removable singularity theorem for local homeomorphisms// Indiana univ. math. J. 1970. V. 20. P. 455-461.

^"См. сноску 17 на стр. 9.

21Moszyrfska M. On rigid subsets of some manifolds// Colloq. Math. 1989. V. 57, no.2. P. 247-254.

Александров В.А. Пример одномерного жесткого множества на плоскости// Сиб. мат. жури. 1993. Т. 34, N6. С. 3-9.

соскателя стимулировало И. Хербурт и С. Унгара к более детальному изучению жестких множеств, см.23 и24. Уже после того, как диссертация была рассказана в ряде научных центров, в22 был обнаружен прокол, для устранения которого в тексте диссертации сделаны необходимые исправления в формулировках и рассуждениях сравнительно с22. Основной результат остался прежним: одномерное жесткое множество на плоскости существует и может быть построено методом, предложенным в22 (см. Теорему

23

3.1 диссертации, которая впервые доказана в совсем другими средствами, а в текст диссертации включена для демонстрации работоспособности метода, предложенного соискателем).

В связи с исследованиями по теории игр нобелевский лауреат по экономике Д. Гейл совместно с X. Никайдо доказал следующую теорему об инъективности некоторых отображений.

Теорема 4.125. Пусть П — прямоугольная область в К", т. е. Я = {х = (аг1,... ,хп) €№.п : сц <Xi < Ь^}, где щ, — вещественные числа или —со, +оо, и пусть отображение Р = (/1,..., /п) : П —> Еп дифференцируемо и, кроме того, каждый главный минор матрицы Якоби

\ОХ3 /¿¿=1,...,п

положителен. Тогда отображение Г инъективно.

Некоторые вопросы, связанные с этой теоремой, долго оставались или все еще остаются открытыми26. Один из них таков: верна ли эта теорема для произвольной выпуклой области В четвертой главе мы даем отрицательный ответ на этот вопрос. А именно, мы даем геометрическое доказательство следующего утверждения.

23Herburt I. Some (n - l)-dimensional rigid sets in R"// Georn. Dedicata. 1994. V. 49, no.2. P. 221-230.

24Herburt I., Ungar Rigid sets of dimension n — 1 in R"// Geom. Dedicata. 1999. V. 76. P. 331-339.

°Gale D., Nikaidd II. The Jacobian matrix and global univalence of mappings// Math. Ann. 1965. V. 159. P. 81-93.

°Parthasarathy Th. On global univalence theorems. Berlin: Springer, 1983. (Lecture Notes in Math. V. 977).

Теорема 4.227. Для любого целого п > 2 существуют эллипсоид А С Шп и С°°-отображении ^ = (/1, ...,/„): Д К" такие, что каждый главный минор его матрицы Якоби -Р'(х) положителен, но Р не иноективно.

Более двадцати лет оставалась открытой так называемая гипотеза кузнечных мехов, согласно которой всякий изгибаемый многогранник сохраняет свой объем в процессе изгибания28. Ее положительное решение было дано И.Х. Сабитовым в 1996 году29. Один из возможных подходов к гипотезе кузнечных мехов состоял в том, чтобы исследовать ее инфинитезимальный аналог, предложенный И.Х. Сабитовым в одном из комментариев редактора русского перевода работы Р. Коннелли30, а именно — доказать, что объем нежесткого многогранника стационарен при его бесконечно малых изгибаниях.

В пятой главе мы показываем, что такой инфинитезимальный аналог неверен. Точнее, мы показываем, что у нежесткого многогранника, построенного А. Д. Александровым и СМ. Владимиро-вой31, объем не стационарен при бесконечно малом изгибании.

Вместе с тем в этой же главе мы показываем, что объем всякой поверхности вращения стационарен при ее бесконечно малых изгибаниях.

Результаты главы 5 опубликованы в работе соискателя32.

^Александров В.А. О фундаментальной теореме Гейла — Никайдо — Инада об инъектионости отображений// Сиб. мат. журн. 1994. Т. 35, N4. С. 715-718.

28Иванова-Каратопраклиева И., Сабитов И.Х. Изгибание поверхностей. I// Итоги науки и техники. Проблемы геометрии. ВИНИТИ. 1991. Т. 23. С. 131-184.

29Сабитов И.Х. Объем многогранника как функция его метрики// Фукдам. ири-кл. матем. 1996. Т. 2, N4. С. 1235-1246.

чп

"Коннелли Р. Некоторые предположения и нерешенные вопросы в теории изгибаний// Исследования по метрической теории поверхностей. М.: Мир, 1980.— С. 228-238.

3'Александров А.Д., Владимирова С.М. Об изгибании многогранника с твердыми гранями// Вестн. ЛГУ. Математика. Механика. Астрономия. 1962. Вып. 3, N13. С. 138-141.

"^Александров В.А. Замечания к гипотезе Сабитова о стационарности объема при бесконечно малом изгибании// Сиб. мат. журн. 1989. Т. 30, N5. С. 16-24.

Они тесно связаны с целым рядом более поздних работ других авторов, среди которых укажем статьи А.Д. Милки33, 34 , 35 , где вводится новый тип непрерывных изгибаний многогранников, названных им линейными изгибаниями, и более детально изучаются бесконечно малые изгибания нежесткого многогранника А.Д. Александрова и С.М. Владимировой; статьи Л.С. Велимирович36, 37 , 38 , где более детально изучен вопрос о стационарности объема и других подобных характеристик для некоторых поверхностей вращения; и статьи Ю.Д. Бураго и В.А. Залгаллера39, 40, в которых изучаются вопросы кусочно-линейного изометрического вложения в R3 компактных двумерных многообразий с полиэдральной метрикой (по не требуется наличия непрерывного семейства таких вложений). Упомянем также следующую родственную теорему, полученную Н.П. Долбилиным, М.А Штанько и М.И. Штогриным41, 42: побуженный многогранник, гомеоморфный сфере или тору, каждая грань которого является параллелограммом, заведомо не является изгибаемым.

В шестой главе диссертации строятся примеры изгибаемых многогранников, в конструкции которых не используются октаэдры Брикара. Точнее, у каждого октаэдра Брикара и всех примеров

3**Милка А.Д. Линейные изгибания правильных выпуклых многогранников// Мат. физика, анализ, геометрия. 1994. Т. 1, N1. С. 116-130.

З^Милка А.Д? Нежесткие звездчатые бипирамиды А.Д.Александрова и С.М.Владимировой// Труды по анализу и геометрии. Новосибирск: Институт математики им. СЛ.Соболева. 2000. С. 414-430.

3®MiIka A.D. Linear bending of star-like pyramids// C. R. Acad. Sei., Paris, Ser. II, Fase. В Mec. 2003. T. 331, no.12. P. 805-810.

'6Velimirovic L.S. On the second order infinitesimal bendings of a class of toroids// Mat. Vesn. 1997. V. 49, no.l. P. 51-58.

17 ... .

Velimirovic L.S. On variation of the volume under inñnitesimal bending of a closed

rotational surface// Novi Sad J. Math. 1999. V. 29, no.3. P. 377-386.

ЧО

•,°Velimirovic L.S. Change of geometric magnitudes under infinitesimal bending// Farta Univ., Ser. Mech. Autom. Control Robot. 2001. V. 3, no.li. P. 135-148.

Бураго Ю.Д., Залгаллер B.A. Изометрические кусочно-линейные погружения двумерных многообразий// Алгебра и анализ. 1995. Т. 7, N3. С. 76-95.

^Залгаллер В.А. Некоторые изгибания длинного цилиндра// Зап. науч. семин. ПОМИ. 1997. Т. 246. С. 66-83.

^Долбилин Н.П.; Штанько М.А.; Штогрин М.И. Неизгибаемость квадрильяжа сферы// Докл. Акад. наук. 1997. Т. 354, N4. С. 443-445.

^Долбилин Н.П.; Штанько М.А.; Штогрин М.И. Неизгибаемость квадрильяжа •гора// Успехи мат. наук. 1999. Т. 54, N1. С. 167-168.

13

изгибаемых многогранников, построенных с помощью октаэдров Брикара, имеется диагональ, длина которой постоянна в процессе изгибания. У многогранников, построенных в главе б, все диагонали имеют переменную длину. Именно в этом смысле построенные соискателем многогранники не используют октаэдры Бри-кара. Эти примеры были построены еще до получения И.Х. Сабитовым в 1996 году его знаменитого положительного решения гипотезы кузнечных мехов43. Все известные на тот момент изгибаемые многогранники содержали в качестве составной части какой-нибудь из октаэдров Брикара и, казалось, сохраняют свой объем именно благодаря этому обстоятельству. Сейчас ясно, что строить контрпример к гипотезе кузнечных мехов было бессмысленно, но иметь новые примеры изгибаемых многогранников оказалось полезным, по крайней мере, для постановки новых задач.

Результаты главы б опубликованы в работе соискателя44.

До сих пор остается довольно много интересных открытых вопросов, так или иначе связанных с гипотезой кузнечных мехов. Один из них состоит в том, сохраняется ли объем изгибаемого многогранника в трехмерном пространстве Лобачевского. Легко понять, что в трехмерном пространстве Лобачевского всякий идеальный симплекс (т.е. симплекс в вершинами на абсолюте) является изгибаемым и не сохраняет в процессе изгибания ни объем, ни среднюю кривизну. Так что в пространстве Лобачевского интерес представляют компактные изгибаемые многогранники и вопрос о постоянстве объема таких многогранников остается открытым (ясно только что, в соответствии с формулой Шлефли, сохраняется некоторая линейная комбинация объема и средней кривизны).

Оказывается, в трехмерном сферическом пространстве ситуация иная. В седьмой главе построен изгибаемый многогранник, лежащий в открытой полусфере и не сохраняющий в

процессе изгибания ни объем, ни среднюю кривизну. (Тот факт,

^См. сноску 29 на стр. 12.

''■'Александров В.А. Новый пример и )гибаемого многогранника// Сиб. мат. журн 1995. Т. 36, N6. С. 1215-1224.

что в евклидовом пространстве любой размерности п > 3 замкнутый изгибаемый многогранник сохраняет свою интегральную среднюю кривизну, был впервые установлен Р. Александе-ром45.) Приклеивая маленькую копию построенного многогранника к произвольному изгибаемому многограннику, можно «слегка подпортить» последний так, что он перестанет сохранять объем и среднюю кривизну в процессе изгибания. Другими словами, построенный частный пример показывает, что сколь угодно близко (в метрике Хаусдорфа) к любому изгибаемому многограннику в трехмерном сферическом пространстве существует изгибаемый многогранник, не сохраняющий в процессе изгибания ни объем, ни среднюю кривизну.

Результаты главы 7 опубликованы в работе соискателя46.

В восьмой главе изучается вопрос о существовании локальной неявной функции для сисгем нелинейных алгебраических уравнений в случае, когда определитель матрицы Якоби зануляет-ся в рассматриваемой точке. Найдены как некоторые достаточные условия, гарантирующие существование локальной неявной функции, так и некоторые достаточные условия, гарантирующие ее отсутствие. Развитая при этом техника применяется для доказательства новых и классических теорем об изгибаемости или жесткости многогранников и каркасов (то есть конечных наборов жестких стержней, некоторые из которых соединены в концевых точках с помощью сферических шарниров; одномерный остов многогранника можно интерпретировать как характерный пример каркаса). Опишем результаты главы 8 более подробно.

Пусть Р : Ш' х Кт —► Еп — дифференцируемое отображение; г, ¿0 е К'; Х,Х0 6Г а пусть К(Ьо,Хо) = 0. Классическая теорема о неявной функции дает условия, при которых уравнение X) = 0 определяет неявную функцию X = Х(Ь) в некоторой окрестности точки (¿о. -^о)- Главное из этих условий состоит п том, чтобы оператор был обратим.

"^Alexander R. Lipschitzian mappings and total mean curvature of polyhedral surfaces. I// 1>ans. Am. Math. Soc. 1985. V. 288. P. 661-678.

Alexandrov V. An example of a flexible polyhedron with nonconstant volume in the spherical space// Beitr. Algebra Geom. 1997. V. 38, no.l. P. 11-18.

Теорема о неявной функции имеет многочисленные приложения и обобщена в самых разных направлениях. В частности, известны варианты этой теоремы, в которых существование неявной функции гарантируется в случае, когда оператор не обратим, см., например, 47, 48, 49. В главе 8 мы приводим свой вариант теоремы о неявной функции при вырождении производной и даем примеры ее использования в геометрических задачах.

Наши исследования мотивированы изучением изгибаемых многогранников и каркасов. Возникающие при этом отображения Г вообще не зависят от параметра Именно на этом частном случае мы и сосредотачиваем свое внимание. Типичным примером системы нелинейных алгебраических уравнений, к которой применимы наши рассуждения, может служить следующая:

Fi(t, xi, х2, х3) = xi + х\ - х\ - 1 = О, F2(t, Xl, Х2, Хз) Н 3X1 +Х2- Зхз + 1 = 0, Fz{t,XI,Х2,Хз) = XI — 3X2 + Хз + 3 = 0.

(1)

Параметр / в эту систему явным образом не входит. Точка Хо = (5,5,7)т удовлетворяет системе (1). Определитель матрицы Яко-би системы (1) зануляется в точке Хо = (х1, х,2, хз):

поэтому классическая теорема о неявной функции не применима. Тем не менее, из излагаемых ниже результатов будет следовать, что решение Хо системы (1) не является изолированным, а принадлежит непрерывному семейству решений X = Х(Ь), которое и является неявной функцией, определяемой системой (1) в окрестности точки

Рп(Х)), причем каждая из функций Рк (к = 1,...,п) является

47Artin M. On the solutions of analytic equations// Iment. Math. Vol. 5. P. 277-291. ^®Nashed M.Z. Generalized inverse mapping theorems and related applications of generalized inverses in nonlinear analysis// Nonlinear equations in abstract spates, Proc.

■^Craven B.D., Nashed, M.Z. Generalized implicit function theorems when the derivative has no bounded inverse// Nonlinear Anal., Theory Methods Appl. 1982. V. 6, no.4.

многочленом. Не умаляя общности можем считать, что степень каждого многочлена Fk не превосходит 2. В таком случае Fk можно записать в виде

Fk (х)=Е Е a'iXiXi++

где afj = q^, pf и 7fc — некоторые вещественные числа.

Определим билинейное отображение В : йт х Rm —> R" по правилу: если X = (х\,..., хт) € Rm, Y = (yi,ут) € то k-я компонента вектора B(X,Y) равна

Определим также линейное отображение А : Rm —+ Rn по правилу: если X — (xi,... ,жот) е Кт, то к-я компонента вектора А(Х) равна

Определим, наконец, линейное отображение С : Rm —► Rn формулой СХ = В[Хо, X) + В(Х, Х0) + АХ.

Допустим, что в Rm нам дан конечный набор векторов Vo, 11, ...,Yq. Выражение

будем называть приближенным порядка q решением алгебраической системы уравнений F(X) = 0, если для каждого р = 1,2,...,q коэффициент при t в разложении функции F(Y(t)) в ряд Мак-Лорена равен нулю.

Теперь мы готовы сформулировать достаточное условие существования неявной функции, определяемой системой алгебраических уравнений.

Теорема 8.150. Пусть

Y(t) = pYPtP (2)

является приближенным порядка qрешением алгебраической системы уравнений F(X) = 0. Пусть существует число к (0 < к < q) такое, что для всех i == 1,2,... ,q и всех j = k, fe+l,.. .,qуравнение

имеет решение, лежащее в линейной оболочке векторовУ^, Yk+\,

..., Yq. Тогда система уравненихР{Х~) = 0 имеет аналитическое

оо

семейство решений X(t) = Xptp, начальный отрезок которо-

р=0

го совпадает с приближенным решением (2), т. е. такое семейство, что для всехp = 0,\,...tq справедливо равенство Xp = Yp.

Поясним смысл теоремы 8.1 «на пальцах». Если известно приближенное решение 5Zp=o XPtp порядка q — 1 алгебраической системы уравнений F(X) = 0, то для того, чтобы продолжить его в приближенное решение порядка с/, мы должны решить (относительно Хч) следующую линейную алгебраическую систему уравнений:

Теорема 8.1 дает условия, при которых, решив конечное число таких линейных алгебраических систем уравнений, мы можем быть уверены в существовании интересующего нас точного решения, представляющего из себя сумму сходящегося степенного ряда.

В главе 8 приведены примеры, показывающие, что, с одной стороны, условия теоремы 8.1 заведомо являются избыточными, а с другой стороны — их нельзя просто отбросить. Эти примеры показывают, насколько существенны условия теоремы 8.1.

В терминах введенных выше операторов В и С мы указываем также некоторые необходимые условия существования неявной функции, определяемой системой алгебраических уравнений

50Alexandrov V. Sufficient conditions for the extendibility of an n-th order flex of polyhedra// Bcitr. Algebra Geom. 1998. V. 39, no.2. P. 367-378.

18

F(X) =■ 0 (см, теорему 8.9 в диссертации). Пример 8.10 показывает, как можно эффективно примененять эти условия.

Развитая в восьмой главе аналитическая техника позволяет доказать ряд классических результатов о бесконечно малых изгибаниях многогранников и их обобщений, называемых каркасами. Например, мы единообразно доказываем, что многогранник, обладающий жесткостью второго порядка, неизгибаем (см. теорему 8.13) и что проективный образ нежесткого многогранника опять является нежестким многогранником (см. теорему 8.15). Из новых результатов, относящихся к бесконечно малым изгибаниям многогранников, упомянем, например, следующий:

Теорема 8.14. Пусть каркас К в R" имеет одно нетривиальное линейно независимое бесконечно малое изгибание первого порядка и пусть существует число q > 2, для которого К является жестким порядка q. Тогда К является неизгибаемым.

Отметим, что для гладких поверхностей результаты, аналогичные теореме 8.14, были получены Н.Г. Перловой51, 52 и И.Х. Са-

битовым53.

Результаты главы 8 опубликованы в работах соискателя54 и55.

В девятой, последней, главе доказано, что в трехмерном пространстве Минковского существуют изгибаемые многогранники (не являющиеся, однако, вложенными или погруженными) и что каждый такой многогранник сохраняет в процессе изгибания свой обобщенный объем и интегральную среднюю кривизну. Для доказательства последнего результата детально разработано понятие угла между произвольными двумя ненулевыми неизотропными векторами на плоскости Минковского, которое может представлять независимый интерес. Насколько известно соискателю, ранее такое же понятие угла было предложено Г.С. Гайдаловичем и

^'Исрлооа Н.Г. О соотношении между жесткостьюп-го порядка и аналитической неизгибаемостью// Укр. геом. сб. 1991. Т. 34. С. 98-104.

"Псрлова Н.Г. О связи между жесткостью порядка fc > 3 и аналитической неизгибаемостью поверхностей класса С1// Мат. физика, анализ и геом. 1993. Т. 2, N3/4. С. 456-4G1.

"Сабитов И.Х. О связях между бесконечно малыми изгибаниями разных порядков// Укр. геометр, сб. 1992. Т. 35. С. 118-121.

54См. сноску 5Ü на стр. 18.

55Atexandrov V. Implicit function theorem for systems of polynomial equations with vanishing Jacobian and its application to flexible polyhedra and frameworks// Monatsh. Math. 2001. V. 132, no.4. P. 269-288.

Д.Д. Соколовым56, но у них многие свойства угла остались невыясненными или недоказанными.

Результаты девятой главы опубликованы в работе57 соискателя, после написания которой ему стало известно, что в статьях58 и 59 было введено отличное от использованного им понятие неориентированного угла между двумя произвольными неизотропными ненулевыми векторами пространства Минковского. Однако оказалось, что интегральная средняя кривизна многогранника но сути не зависит от того, какое именно определение угла между векторами используется.

В конце каждой главы приведены нерешенные задачи, цель которых — помочь новым исследователям войти п обсуждаемую проблематику.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ СОИСКАТЕЛЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Александров В.А. Замечания к гипотезе Сабитова о стационарности объема при бесконечно малом изгибании// Сиб. мат. журн. 1989. Т. 30, N5. С. 16-24.

2. Александров В.А. К теореме Ефимова о дифференциальных признаках гомеоморфизма// Матем. сб. 1990. Т. 181, N2. С. 183— 188.

3. Александров В.А. Вложение локально-евклидовых и конформно-евклидовых метрик// Матем. сб. 1991. Т. 182, N8. С. 1105-1117.

4. Александров В.А. Пример одномерного жесткого множества на плоскости// Сиб. мат. журн. 1993. Т. 34, N6. С. 3-9.

5. Александров В.А. О фундаментальной теореме Гейла — Ни-кайдо — Инада об инъективности отображений// Сиб. мат. журн. 1994. Т. 35, N4. С. 715-718.

6. Александров В.А. Новый пример изгибаемого многогранника// Сиб. мат. журн. 1995. Т. 36, N6. С. 1215-1224.

86Гайдалович Г.С., Соколов Д.Д. Выпуклые многогранники с индефинитной метрикой// Бюлл. Моск. гос. ун-та. 1986. Т. 41, N5. С. 1-9.

5TAlexandrov V. Flexible polyhedra in Minkowski 3-space// Manuscripta Math. 2003. V. lll.no.3. P. 341-356. 68См. сноску 4 на стр. 6.

®9Suärez-Peir6 E. A Schläfli diflerential formula for eimplices in semi-rieinannian hy-perquadrics, Gauss-Bonnet formulas for simplices in the de Sitter sphere and the dual volume of a hyperbolic sirnplex// Рас. J. Math. 2000. V. 194, по. 1, 229-255.

20

7. Александров В.А. Изгибаемые многогранные поверхности// В кн.: Современное естествознание: Энциклопедия. В 10 т. — Т. 3. Математика. Механика. — М.: Флинта; Наука, 1999. — С. 66-69.

8. Alexandrov V.A. Remarks on Efimov's theorem about differential tests of homeomorphism// Rev. Roum. Math. Pures et Appl. 1991. V. 36, no.3-4. P. 101-105.

9. Alexandrov V. An example of a flexible polyhedron with noncons-tant volume in the spherical space// Beitr. Algebra Geom. 1997. V. 38, no.l. P. 11-18.

10. Alexandrov V. Sufficient conditions foi the extendibility of ann-th order flex of polyhedra// Beitr. Algebra Geom. 1998. V. 39, no.2. P. 367-378.

11. Alexandrov V. Implicit function theorem for systems of polynomial equations with vanishing Jacobian and its application to flexible polyhedra and frameworks// Monatsh. Math. 2001. V. 132, no.4. P. 269-288.

12. Alexandrov V. Flexible polyhedra in Minkowski 3-space// Manu-scripta Math. 2003. V. Ill, no.3. P. 341-356.

Александров Виктор Алексеевич

Инъективные отображения и метрические свойства изгибаемых многогранников

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Подписано в печать 17.06.2004 Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,375 Тираж 100 экз. Заказ №118

Отпечатано ЗАО ИПП «ОФСЕТ» 630090, Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 1.

04 - 1 5272

Введение.

Глава 1. К теореме Ефимова о дтЭДюренциальных признаках гомеоморфизма .16

§1. Формулировка результатов.

§2. Доказательство теоремы 1.2.

§3. Доказательство теоремы 1.4.

Глава 2. Вложеиие локально-евклидовых и кон<1юрмно-евклидовых метрик .25

§1. Определения и предварительные замечания.

§2. Вложения локально-евклидовых метрик.

§3. Вложения кон<1юрмно-евклидовых метрик.

Глава 3. Пример одномерного жесткого множества на плоскости. 42

§1. Основной результат.

§2. Вспомогательные утверждения.

Глава 4. Замечания к теореме Гейла — Никайдо — Инада об шгьективности отображений.54

§1. Введешге.

§2. Доказательство теоремы 4.2.

§3. Заключительные замечания.

Глава 5. Замечания к гипотезе Сабитова о стационарности объема при бесконечно малом изгибании поверхности.59

§1. Введение.

§2. 0 связи вариации объема и потока.

§3. Гипотеза Сабитова для многогранников.

§4. Гипотеза Сабитова для поверхностей вращения.

Глава 6. Пример изгибаемого многогранника, не используюттщй октаэдров

Брикара.73

§1. Введение.

§2. Построение рамы.

§3. Построение колена.

§4. Построение коленчатого вала.

§5. Основной результат.

Глава 7. Пример изгибаемого многогранника с непостоянным объемом в сферическом пространстве.88

§1. Введение.

§2. Предварительные соглашения.

§3. Вспомогательный многогранник Q.

§4. Построение многогранника R.

§5. Об объеме многогранника R.

§6. О средней кривизне многогранника R.

§7. Основной результат.

§8. Обобщения и замечания.

Глава 8. Теорема о неявной функции для полиномиальных систем уравнений с вырожденным якобианом и ее приложения к изучению изгибаемых многогранников.99

§1. Введение.

§2. Достаточные условия существования неявной функции.

§3. Нобходимые условия существования нежной функции.

§4. Применения к изучению изгибаемых многогранников и каркасов

Глава 9. Изгибаемые многограгпшки в пространстве Минковского128

§1. Введение.

§2. Существование.

§3. Объем.

§4. Ориентированный угол.

§5. Средняя кривизна.

Многие результаты «геометрии в целом» естественным образом могут быть переформулированы в терминах инъективности или сюръективности некоторых специальных отображений метрических пространств или даже областей в Rn. Имешго такая трактовка геометрических задач позволила А.Д.Александрову в его знамешггой гагаге «Выпуклые многогранники» [2] доказать теоремы существования и единственности для выпуклого много-гратпшка в R3 с данной разверткой, а также теоремы Линделефа и Мин-ковского. По сути тем же методом Е.М.Андреев доказал теорему о существовании многогранника с заданными двуграштши углами в трехмерном пространстве Лобачевского [4]. Недавно Ж.-М.Шлепкер вновь успешно применил этот метод для доказательства теоремы о существовании выпуклого многограшшка с задашгой разверткой в трехмерном пространстве Минковского [115].

Ядро диссертации составляют решения некоторых задач «геометрии в целом», и прежде всего — теории изгибаемых многогранников, в решении которых существенную роль играют теоремы о локальной или глобальной обратной или неявной функции. Впрочем, в диссертацию вошли как некоторые близкие по духу задачи «геометрии в целом», решаемые иными методами, так и некоторые специальные проблемы, связанные с инъектив-ностыо отображений, не нашедшие пока применения в геометрии.

Диссертация состоит из введегаш и девяти глав, в каждой из которых обсуждается более или менее замкнутый круг вопросов. Кратко опишем основные результаты, полученные в каждой главе.

В первой главе выводится новая {[юрмулировка дифференциального условия Н.В.Ефимова, гарантирующего гомеоморфность отображения / : R2 —* R2. На этой основе с помощью теоремы Адамара-Леви-Джона о глобальной обратной функции даются дифференциальные условия, при выполнении которых отображение / не только инъективно, но и сюръективно. Изложение следует работам соискателя [А2] и [А8].

Если говорить более точно, то в работе [21] Н.В.Ефимов доказал следующую замечательную теорему.

Теорема 1.1. Пусть f : R2 —> R2 принадлеэюит классу причем якобиан отображения f всюду отрицателен., т.е. det f'(x) < 0 для всех х 6 R2. Пусть, кроме того, существуют положительная фуищия а = а(х) > 0 и неотрицательные постоянные С\, такие, что для всех х, у б R2 справедливо неравенство

1/а(х)-1/а(у)\<С1\х-у\+С2.

Тогда если для всех х € М2 выполнено неравенство det f'{x)\ > a{x)\rotf{x)\ + a2{x), то /(R2) есть выпуклая область и f отобраэ/сает R2 на /(R2) гомео-морфпо. (Здесь rot f(x) означает, как обычно, ротор функции / в точке х = (xi,х2) € М2, т. е. rot/(х) = д^/дх\{х) — dfi/dx2(x).)

В первой главе доказано несколько теорем, аналогичных теореме 1.1, среди которых мы выделим следующую.

Теорема 1.4 [А2], [А8]. Пусть f : R2 —»■ R2 принадлежит классу С1, причем det f'(x) < 0 для всех х е R2. Пусть, кроме того, существуют положительная функция Ь(х) > 0 и неотрицательные постоянные СиСг такие, что для всех х,у Е R2 справедливо неравенство

1/Ь(х)-1/Ь(у)\<С1\х-у\+С2.

Тогда если для всех хбЕ2 выполнено неравенство

Ых)| > Ых)| > Ъ(х), где fii(x) и /хг(сс) — собственные числа линейного отображения f'{x), то /(R2) есть выпуклая область и f отображает R2 на /(R2) гомеоморфно.

Предложенное соискателем доказательство теоремы 1.4 состоит в том, чтобы убедиться, что из условий теоремы 1.4 вытекают условия теоремы 1.1. Н.С.Даирбековым было замечено что и наоборот, из условий теоремы 1.1 вытекают условия теоремы 1.4. В этом смысле обсуждаемые теоремы эквивалентны. Однако теорема 1.4, по нашему мнению, указывает направление, в котором следует искать многомерные аналоги теоремы Ефимова, что и было сформулировано в качестве гипотезы в работах соискателя 1990 и 1991 годов [А2] и [А8]: ограничешш на рост спектрального радиуса обратного отображения от производной влечет инъективность многомерного отображения.

Любопытно отметить, что в 1998 году к этой же самой гипотезе (остающейся открытой до сих пор) независимо пришли некоторые зарубежные ученые, специализируюттщеся в так называемой вещественной гипотезе якобиана [76], а в 2002 году другой группе зарубежных исследователей, занимающихся преимущественно динамическими системами, удалось обобщить теорему 1.4, показав, что отображение / остается инъективным даже если запретить приближаться к нулю собственным числам его производной лишь по вещественной оси (то есть разрешить им приближаться к пулю по другим направлениям), см. [77].

Во второй главе вопрос о вложимости локально-евклидовой метрики исследуется с помощью теоремы о глобальной обратной функции [74], [92], [98], [109]. Такой подход позволяет единообразно исследовать вложимость многомерных метрик. Кроме того мы показываем, что если погружение метрики уже построено, то задача о ее вложении может быть решена нашим методом при весьма слабых предположениях о гладкости погружения.

Отправной точкой наших исследований послужила статья И.Х. Сабитова [50] (см. также более позднюю статью [5G] того же автора), в которой прослежено, в какой мере гладкость коэффициентов плоской локально-евклидовой метрики определяет гладкость изометрического погружения этой метрики в Ж2, изучены вопросы о нахождении изометрического погружения в квадратурах и о том, когда такое погружение является вложением.

Допуская некоторую вольность речи, можно сказать, что во второй главе мы переносим указанные результаты И.Х. Сабитова на многомерные метрики. В качестве типичного результата, полученного в этом направлении соискателем, укажем следующую теорему, даютнуто ограничешш на коэффициенты локально-евклидовой метрики, при выполнении которых шар фиксированного радиуса заведомо допускает изометрическое вложение в евклидово пространство той же размерности.

Теорема 2.11 [A3]. Пусть в Rn, п > 2, задана локально-евклидова п метрика ds2 = Y1 gij{u)duldu> класса Ст, т > 1. Для произвольной точки w 6 Rn построим функции

N(t) = sup V(v) и M(t) = inf W(v),

Тогда для всякого положительного R, удовлетворяющего неравенству евклидов шар радиуса R с центром w, спабэ/сенный метрикой ds2, допускает изометрическое вложение в Rn класса Ст.

Приводятся примеры, показывающие, что в утверждениях, приводимых в главе 2 и аналогичных цитированной выше теореме 2.11, интегральные ограничения на коэффициенты метрики, вообще говоря, не могут быть ослаблены.

В конце главы 2, мы применяем теоремы В.А. Зорина [23], [G5] об устранимости изолированной особой точки локалыю-квазикош1юрмного отображения к вопросу о вложении 71-мерной конформно-евклидовой метрики в Еп, 71 > 3.

Результаты второй главы опубликованы в работе соискателя [A3].

Третья глава диссертации посвящена решению интересного вопроса, аналогичного традиционным проблемам «геометрии в целом», при решении которого ключевую роль сыграли теоремы о строении «в целом» 1-квази-изометрических или 1-квазикот1>ормных отображений. Вопрос был инициирован польскими математиками К. Борсуком [72] и М. Мотцинской [104] и может быть сформулирован так.

Пусть М — множество в евклидовом пространстве И", любые две точки которого могут быть соедгагены спрямляемой кривой, целиком лежащей в М. Точную нижнюю Гранину длин всех таких кривых называют внутренним расстоянием рм между данными точками. о

Множество М с Rn, допускающее введение внутреннего расстошгня, называется жестким, если для любого множества N с Мп, допускающего введение внутреннего расстояния, любая изометрия / : (М,рм) —► (N, рлт) может быть продолжена до изометрии пространства Rn с евклидовой метрикой па себя.

Вопрос состоит в том, может ли быть жестким множество М с R", если его размерность меньше п? Отметим, что дополнительную красоту этому вопросу придает отсутствие каких-либо априорных требова1шй о наличии гладких структур у рассматриваемых множеств и отображений.

Мы приводим пример одномерного жесткого множества в R2, а именно мы доказываем, что объединение всех точек всевозможных прямых ах 1 + Ьх2 + с = 0 с рациональными коэффициентами а,Ь и с имеет то-полопиескую размерность 1 и является жестким в Ж2 (см. теорему 3.1 в диссертации). Этот результат был опубликован в 1993 году работе соискателя [А4]. Следующий шаг в этом направлении был сделан И. Хербурт. Она предложила кардинально отличающийся от использованного соискателем метод построения (п — 1)-мерных жестких подмножеств в Rn для любого п > 2 [96]. Далее, в совместной работе с С. Унгаром [97] она обобщила оба метода и усилила результат, заменив топологическую размерность хаусдор<}ювой.

В связи с исследованиями по теории игр нобелевский лауреат по экономике Д. Гейл в соавторстве с X. Никайдо доказал следуютцую теорему, гарантирующую инъективиость некоторых отображений.

Теорема 4.1 [90], [107]. Пусть ^ — прямоугольная область в R", т. е. О = {х = (xi,. ,хп) вШп : а{ < Xi < Ьгде щ, bi — вещественные числа или —со, +оо, и пусть отображение F = (/i,., /п) : О. —► Rn сдифференцируемо и, кроме того, каждый главный минор матрицы Якоби положителен. Тогда отображение F инъективпо.

Некоторые вопросы, связашгые с этой теоремой, долго оставались или все еще остаются открытыми, см. например [107]. Один из них таков: верна ли эта теорема для произвольной выпуклой области Q? В четвертой главе мы даем отрицательный ответ на этот вопрос. А именно, мы даем геометрическое доказательство следующего утверждения.

Теорема 4.2 [А5]. Для любого целого п > 2 существуют эллипсоид А С R" и С°°-отобрао1сение F = (/i,.,/n) : А —► К" такие, что каясдый главный минор его матрицы Якоби F'(x) положителен, но F не итективно.

Результаты четвертой главы диссертации опубликованы в статье [А5] соискателя.

Более двадцати лет оставалась открытой так называемая гипотеза кузнечных мехов, согласно которой всякий изгибаемый многогранник сохраняет свой объем в процессе изгибатга [26]. Ее положительное решение было дано И.Х. Сабитовым в 1996 году [54]. Один из возможных подходов к гипотезе кузнечных мехов состоял в том, чтобы исследовать ее инфи-нитезимальный аналог, предложенный в [81], а имешю — доказать, что объем нежесткого многогранника стационарен при его бесконечно малых изгибаниях. В пятой главе мы показываем, что такой инфшгатезимальный аналог неверен. Точнее, мы показываем, что у нежесткого многогранника, построенного А.Д. Александровым и С.М. Владимировой [3], объем не стационарен при бесконечно малом изгибагаш. Вместе с тем в этой же главе мы показываем, что объем всякой поверхности вращения статуюнарен при ее бесконетпю малых изгибаниях.

Эти результаты опубликованы в работе соискателя [А1]. Они тесно связаны с более поздними работами А.Д. Милки [39], [40], [103], где вводится новый тип непрерывных изгибаний многогранников, назвашгых им линейными изгибаниями, и более детально изучаются бесконечно малые изгибания нежесткого многогранника А.Д. Александрова и С.М. Владимировой; с работами JI.C. Велимирович [110]—[121], где более детально изучен вопрос о стационарности объема и других подобных характеристик для некоторых поверхностей вращения; и со статьями Ю.Д. Бураго и В.А. За-лгаллера [0], [22], в которых изучаются вопросы кусошю-лшгейного изометрического вложения в М3 компактных двумерных многообразий с полиэдральной метрикой (но не требуется наличия непрерывного семейства таких вложений). Упомянем также следующую родственную теорему, полученную Н.П. Долбилиным, М.А. Штанько и М.И. Штогриным в [17] и

18]: погруженная многогранная С(}>ера или тор заведомо не изгибается, если каждая ее грань является параллелограммом.

В шестой главе диссертации описывается пример изгибаемого многогранника, в построении которого не используются октаэдры Брикара. Этот пример был построен еще до получения И.Х. Сабитовым в 1996 году его знаменитого положительного решения гипотезы кузнечных мехов [54]. Все известные на тот момент изгибаемые многограшшки содержали в качестве составной части какой-нибудь из октаэдров Брикара и, казалось, сохраняют свой объем имешго благодаря этому обстоятельству. Сейчас ясно, что строить контрпример к гипотезе кузнечных мехов было бессмысленно, но иметь новые примеры изгибаемых многогранников оказалось полезным, по крайней мере, для постановки новых задач.

Результаты шестой главы опубликованы в работе соискателя [Аб].

До сих пор остается довольно много интересных открытых вопросов, так или иначе связагашк с гипотезой кузнечных мехов. Один из mix состоит в том, сохраняется ли объем изгибаемого многогранника в трехмерных пространствах постоянной ненулевой кривизны. Легко понять, что в трехмерном пространстве Лобачевского всякий идеальный симплекс (т.е. симплекс в вершинами на абсолюте) является изгибаемым и не сохраняет в процессе изгибания ни объем, ни среднюю кривизну. Так что в пространстве Лобачевского интерес представляют компактные изгибаемые многограшшки и вопрос о постоянстве объема таких многогранников остается открытым (ясно только что, как это вытекает из <]юрмулы Шлефли, сохраняется некоторая линейная комбинация объема и средней кривизны).

Оказывается, в трехмерном сферическом пространстве ситуация иная. В седьмой главе построен изгибаемый многогранник, лежащий в открытой полусфере С R4, и не сохраняющий в процессе изгибания ни объем, ни среднюю кривизну. (Тот факт, что в евклидовом пространстве любой размерпости п > 3 замкнутый изгибаемый многограшгак сохраняет свою интегральную среднюю кривизну, был впервые установлен Р. Алексан-дером [Сб]). Используя этот пример, можно «слегка подпортить» любой изгибаемый многогранник в трехмерном сферическом пространстве так, что он перестанет сохранять объем (и среднюю кривизну) в процессе изгибания.

Результаты главы 7 опубликованы в работах соискателя [А7] и [А9].

В восьмой главе изучается вопрос о существовании локальной неявной функции для систем нелинейных алгебраических уравнений в случае, когда определитель матрицы Якоби зануляется в рассматриваемой точке. Найдены как некоторые достаточные условия, гарантируюттще существование локальной неявной функции, так и достаточные условия, гарантирующие ее отсутствие. Развитая при этом техника применяется для доказательства новых и классических теорем об изгибаемости или жесткости многогранников и каркасов.

Результаты главы 8 опубликованы в работах соискателя [А9] и [All]. Опишем эти результаты более подробно.

Пусть F : Ш! х Rm —> Rn — ди<]х]>еренцируемое отображегате; t, to G И'; X, Xq е Rm и пусть F(t0, Xq) = 0. Классическая теорема о неявной функции дает условия, при которых уравнение F{t, X) — 0 определяет неявную функцию X = X(t) в некоторой окрестности точки Главное из этих условий состоит в том, чтобы оператор F'x{tQ,Xо) был обратим.

Теорема о неявной функции имеет многочисленные приложения и обобщена в самых разных направлениях. В частности, известны варианты этой теоремы, в которых существование неявной функции гарантируется в случае, когда оператор F'x(to, Xq) не обратим, см., например, [G8], [105] и [80]. В главе 8 мы приводим свой вариант теоремы о неявной функции при вырождении производной и приводим примеры ее использования в геометрических задачах.

Наши исследования мотивированы изучением изгибаемых многогранников и каркасов. Возникающие при этом отображения F вообще не зависят от параметра t. Именно на этом частном случае мы и сосредотачиваем свое вгашание. Типичным примером системы нелинейных алгебраических уравнений, к которой применимы наши рассуждения, может служить следующая:

F\(t, Х\,Х2, хз) = х\ + х\ — х\ — 1 = 0, F2(t,X 1,Х2,Хз) = 3zi +х 2 — Зх3 + 1 = 0, (1)

F3(t, Xi,X2, Хз) =Х\— Зх2 + Хз + 3 = 0. 11

Параметр t в эту систему явным образом не входит. Точка Х0 = (5,5,7)т удовлетворяет системе (1). Определитель матрицы Якоби системы (1) за-нуляется в точке Xq = {х\, х,2, х^): dctF'x(t,X0) =

2х\ 2x2 —2жз 3 1 -3 1 -3 1

10 10 -14 3 1 -3 1 -3 1 0, поэтому классическая теорема о неявной функции не применима. Тем не менее, из излагаемых ниже результатов будет следовать, что решение Х0 системы (1) не является изолированным, а принадлежит непрерывному семейству решений X = X{t), которое и является неявной (функцией, определяемой системой (1) в окрестности точки Хо.

Пусть X = (хи.,хт) G Rm и пусть F(X) = (F^X),., Fn(X)), причем каждая из (функций F& (к = 1,п) является многот1леном. Не умаляя общности можем считать, что степень каждого многочлена Ft не превосходит 2. В таком случае Fk можно записать в виде mm т

Fk(x) = Е Е +Е + г=1 j= 1 г=1 где afj = a!jb $ и — некоторые вещественные числа.

Определим билинейное отображение В : Rm х Rm —» R™ по правилу: если X = (х\,. ,хт) G Rm, У = (т/ь • • • ,Ут) € Rm, то к-я компонента вектора В(Х, У) равна

ЕЕ г=1 j=1

1 < к < п. по правилу: если

Определим также линейное отображение А : Rm —> X = (xi,.,xrn) е Rm, то к-я компонента вектора А(Х) равна т

Е 1<к<п. rn -> Rn (}>ормулой г=1

Определим, наконец, линейное отображение С : СХ = В(Х0, X) + В{Х, Х0) + АХ

Допустим, что в Rm нам дан конешгый набор векторов Y0, YJ, ., Yq. Выражение

У(£) = £ V р=о будем называть приближенным порядка q решением полиномиальной системы уравнений F(X) — 0, если для каждого р = 1,2,. ,q коэффициент при tp в разложении функции F(Y(t)) в ряд Мак-Лорена равен нулю.

Теперь мы готовы с<]х>рмулировать достатотпгое условие существования неявной функции, определяемой системой алгебраических многочленов. Теорема 8.1 [All]. Пусть

Y(t) = J2Ypt' (2) р= о является приближенным порядка q решением полиномиальной системы уравнений F(X) = 0. Пусть существует число к (0 < к < q) такое, что для всех г = 1,2,., q и всех j = к, к + 1,., q уравнение

CY = —B(Yi, Yj) — B(Yj, li) имеет решение, леэюащее в линейной, оболочке векторов Yk, Yk+ Yq. Тогда система уравнений F(X) — 0 имеет аналитическое семейоо ство решений X(t) = J2 Xptv, начальный отрезок которого совпадает р=о с приближенным решением (2), т. е. такое семейство, что для всех р = 0,1,., q справедливо равенство XP = YP.

Поясним смысл теоремы 8.1 «на пальцах». Если известно приближенное решение о порядка q — 1 полиномиальной системы уравнений F(X) = 0, то для того, чтобы продолжить его в приближешюе решение порядка q, мы должны решить (относительно Xq) следующую линейную алгебраическую систему уравнений: q-l

CXq = — В(Хр, Xq-р). р=1 13

Теорема 8.1 дает условия, при которых решив конечное число таких линейных алгебратгческих систем уравнений, мы можем быть уверены в существовании интересующего нас точного решения, представляющего из себя сумму сходящегося степенного ряда.

В главе 8 приведены примеры, показывающие, что, с одной стороны, условия теоремы 8.1 заведомо являются избыточными, а с другой стороны — их нельзя просто отбросить. Эти примеры показывают, насколько существенны условия теоремы 8.1.

В терминах введенных выше операторов D и С мы указываем также некоторые необходимые условия существования неявной функции, определяемой системой полиномиальных уравнений F(X) = 0 (см. теорему 8.9 в диссертации). Пример 8.10 показывает, как можно э<|х]>ектив110 при-мененять эти условия.

Развитая в восьмой главе аналитическая техника позволяет доказать ряд классических результатов о бесконечно малых изгибаниях многогранников и их обобщений, называемых каркасами. Например, мы единообразно доказываем, что многогранник, обладающий жесткостью второго порядка, неизгибаем (см. теорему 8.13) и что проективный образ нежесткого многограшшка опять является нежестким многогранником (см. теорему 8.15). Из новых результатов, относящихся к бесконечно малым изгибаниям многогранников, упомянем, например, следующий:

Теорема 8.14. Пусть -каркас К в Еп имеет одно нетривиальное линейно независимое бесконечно малое изгибание первого порядка и пусть существует число q > 2, для которого К является жестким порядка q. Тогда К является неизгибаемым.

Отметим, что для гладких поверхностей результаты, аналогичные теореме 8.14, были получены Н.Г.Перловой [43], [44] и И.Х.Сабитовым [52].

В девятой, последней, главе доказано, что в трехмерном пространстве Минковского существуют изгибаемые многогранники (не являющиеся, к сожалению, вложешшми или погруженными) и что каждый такой многогранник сохраняет в процессе изгибания свой обобщенный объем и шгге-гральную среднюю кривизну. Для доказательства последнего результата детально разработано понятие угла между произвольными двумя ненулевыми неизотропными векторами на плоскости Минковского, которое может проставлять независимый интерес. Насколько известно соискателю, ранее такое же понятие угла было предложено Г.С. Гайдаловтгчем и Д.Д. Соколовым [12], но у них многие свойства угла остались невыясненными или недоказашгыми.

Результаты девятой главы опубликованы в работе [А12] соискателя, после написания которой ему стало известно, что в статьях [115] и [118] было введено отличное от использованного им понятие неориентированного угла между двумя произвольными неизотропными ненулевыми векторами пространства Минковского. Однако оказалось, что интегральная средняя кривизна многогранника по сути не зависит от того, какое именно определение угла между векторами используется.

В конце каждой главы приведены нерешенные задачи, цель которых — помочь новым исследователям войти в обсуждаемую проблематику.

1. Александров А.Д. Внутрешшя геометрия выпуклых поверхностей. M.-JT.: Гостехтеориздат, 1948.

2. Александров А.Д. Выпуклые многограшшки. M.-JL: Гостехтеориздат, 1950.

3. Александров А.Д., Владимирова С.М. Об изгибании многогранника с твердыми гранями// Вести. ЛГУ. Математика. Механика. Астрономия. 1962. Вып. 3, N13. С. 138-141.

4. Андреев Е.М. О выпуклых многогранниках в пространстве Лобачевского// Матем. сб. 1970. Т. 81. С. 445-478.

5. Беллман Р. Введение в теорию матриц. М.: Наука. 1976.

6. Берже М. Геометрия. М.: Мир, 1984. Т. 1.

7. Бляшке В. Дифференциальная геометрия и геометрические основы теории относительности Эйнштейна. Т. 1. Элементарная дифференциальная геометрия. М.- Л.: ОНТИ, 1935.

8. Болтянский В.Г. Третья проблема Гильберта. М.: Наука, 1977.

9. Бураго Ю.Д., Залгаллер В.А. Изометрические кусочно-линейные погружения двумерных многоогбразий// Алгебра и анализ. 1995. Т. 7, N3. С. 76-95.

10. Векуа И.Н. Обобтце1тые аналитические функции. М.: Наука, 1988.

11. Вольф Дж. Пространства постоянной кривизны. М.: Наука, 1982.

12. Гайдалович Г.С., Соколов Д.Д. Выпуклые многогранники с инфефи-нитной метрикой// Бюлл. Моск. гос. ун-та. 1986. Т. 41, N5. С. 1-9.

13. Гейсберг С.Л. О свойствах нормального отображешм, порождаемого уравиешюм rt-s2 = -f2(x,y)// Матем. сб. 1970. Т. 82. С. 224-232.

14. Гольдштейн В.М., Решетняк Ю.Г. Введение в теорию функций с обобщенными производными и квазиконформные отображения. М.: Наука, 1983.

15. Громов М.Л., Рохлин В.А. Вложения и погружения в римановой геометрии// Успехи матем. наук. 1970. Т. 25. Вып. 5. С. 3-62.

16. Данс]юрд Н., Шварц Дж.Т. Линейные операторы. М.: Изд-во иностр. лит., 1962. Т. 1.

17. Долбилин Н.П.; Штанько М.А.; Штогрин М.И. Неизгибаемость квад-рильяжа сферы// Докл. Акад. наук. 1997. Т. 354, N4. С. 443-445.

18. Долбилин Н.П.; Штанько М.А.; Штогрин М.И. Неизгибаемость квад-рильяжа тора// Успехи мат. наук. 1999. Т. 54, N4. С. 167-168.

19. Долженко Е.П., Соломенцев Е.Д., Чирка Е.М. Дробно-линейное отоб-ражегаю// Математическая энциклопедия. 1979. Т. 2. С. 384-387.

20. Ефимов Н.В. Некоторые предложения о жесткости и неизгибаемости// Успихи мат. наук. 1951. Т. 7, N5. С. 215-224.

21. Ефимов Н.В. Ди<]к]>еренн1иалы1ые признаки гомеоморфности некоторых отображений с применением в теории поверхностей//Матем. сб. 1968. Т. 76. С. 499-512.

22. Залгаллер В. А. Некоторые изгибания длинного цилиндра// Зап. науч. семин. ПОМИ. 1997. X 246. С. 66-83.

23. Зорич В.А. О допустимом порядке роста характеристики квазикон-<]юрмности в теореме М.А.Лаврентьева// ДАН СССР. 1968. Т. 181. С. 530-533.

24. Зубков А.Н. Пример нежесткой замкнутой поверхности вращения, имеющей стационарный объем// Таганрог, гос. пед. ин-т. Таганрог. 1984. Деп. в ВИНИТИ 31.05.84, N3834.

25. Иванова-Каратопраклиева И., Марков П.Е., Сабитов И.Х. Изгибание поверхностей. III// Фут г дам. приют, матем. (в печати).

26. Иванова-Каратопраютиева И., Сабитов И.Х. Изгибание поверхностей. I// Итога науки и техшжи. Проблемы геометрии. ВИНИТИ. 1991. Т.23. С. 131-184.

27. Иванова-Каратопраклиева И., Сабитов И.Х. Изгибание поверхностей. II// Итога науки и техники. Проблемы геометрии. ВИНИТИ. 1996. Т.24. С. 108-167.

28. Камке Э. Интеграл Лебега — Стилтьеса. М.: Физматгиз, 1959.

29. Кантор Б.Е. К вощюсу о нормальном образе полной поверхности отрицательной кривизны// Матем. сб. 1970. Т. 82. С. 220-223.

30. Кёйпер Н.Х. Изгибаемые полиэдральные с<]юры в по Роберту Коннелли/ / Исследования по метрической теории поверхностей. М.: Мир. 1980. С. 210-227.

31. Решетняк Ю.Г. О нежестких поверхностях вращения// Сиб. мат. журн. 1962. Т. 3, N4. С. 591-604.

32. Решетияк Ю.Г. Теоремы устойчивости в геометрии и анализе. Новосибирск: Наука, 1982.

33. Сабитов И.Х. Изометрическое погружение локально-евклндовх метрик в R3// Сиб- мат. жури. 1985. Т. 26, N3. С. 156-167.

34. Сабитов И.Х. Изометрические погружения и вложения локально-евклидовых метрик в R2 // Тр. семин. по вект. и теиз. анализу МГУ. 1988. Вып. 23. С. 147-156.

35. Сабитов И.Х. Локальная теория изгибания поверхностей// Итоги науки и техшгки. Современные проблемы математики. Фундаментальные направления. ВИНИТИ. 1989. Т. 48. С. 196-270.

36. Сабитов И.Х. О связях между бесконечно малыми изгибаниями разных порядков// Укр. геометр, сб. 1992. Т. 35. С. 118-124.

37. Сабитов И.Х. К проблеме инвариантности объема изгибаемого мно-гограшшка// Успехи мат. наук. 1995. Т. 50, вып. 2. С. 223-224.

38. Сабитов И.Х. Объем многограшпгка как функция его метрики// Фуп-дам. приют, матем. 1996. Т. 2, N4. С. 1235-1246.

39. Сабитов И.Х. Обобщенная (формула Герона-Тарталья и некоторые ее следствия// Матем. сб. 1998. Т. 189, N10. С. 105-134.

40. Сабитов И.Х. Изометрические погружения и вложетш локально-евклидовых метрик в R2// Изв. Росс. Акад. Наук, Сер. Матем. 1999. Т. 63, N6. С. 147-166.

41. Сабитов И.Х. Объемы многогранников. Библиотека «Математическое просвещение». М.: МЦНМО, 2002.

42. Сакс С. Теория интеграла. М.: Изд-во иностр. лит., 1949.

43. Троцетгко Д.А. О нежестких аналитических поверхностях вращения// Сиб. мат. журн. 1980. Т. 21, N5. С. 100-108.

44. Федерер Г. Геометрическая теория меры. М.: Наука, 1987.

45. Фет А.И. Об условиях Фомина для взаимной однозначности непрерывно дифференцируемого отображения// Успехи мат. наук. 1950. Т. 5, N5. С. 163-164.

46. Herburt I. On intrinsic isometrics and rigid subsets of Euclidean spaces//' Demonstrate Math. 1989. V. 22, N 4. R 1205-1227.

47. Herburt I., Moszyriska M. On intrinsic einbeddings// Glas. Mat. Ser. III. 1987. V. 22, N 2. P. 421-427.9G. Herburt I. Some (n — l)-dimensional rigid sets in W1// Geom. Dedicata. 1994. V. 49, no.2. P. 221-230.

48. Herburt I., Ungar S. Rigid sets of dimension n—l in Rn// Geom. Dedicata. 1999. V. 7G. P. 331-339.

49. John F. On quasi-isometric mappings. I// Comm. pure appl. math. 1968. V. 21, no. 1. P. 77-110.

50. Kuiper N. Spheres polyedriques flexibles dans E3, d'apres Robert Connelly. Lect. Notes Math. 1979. V. 710, 147-108.

51. Maehara H. Vector fields and quadratic surfaces// Ryukyu Math. J. 1998. V. 11. P. 534)3.

52. Maehara H., Cliinen K. An infinitesimally rigid unit-bar-framework in the plane which contains no triangle// Ryukyu Math. J. 1995. V. 8. P. 37-41.

53. Maehara H., Norihide T. A spatial unit-bar-framework which is rigid and triangle-free// Graphs Comb. 1996. V. 12, no.4. P. 341-344.

54. Milka A.D. Linear bending of star-like pyramids// C. R. Acad. Sci., Paris, Ser. II, Fasc. В Mec. 2003. T. 331, no.12. P. 805^-810.

55. Moszyiiska M. On rigid subsets of some manifolds// Colloq. Math. 1989. V. 57, no.2. P. 247-254.

56. Naslied M.Z. Generalized inverse mapping theorems and related applications of generalized inverses in nonlinear analysis// Nonlinear equations in abstract spaces, Proc. int. Symp., Arlington 1977. 1978. P. 217-252.

57. O'Neill B. Semi-Riemannian geometry. With applications to relativity. New York: Academic Press, 1983.

58. Parthasarathy Th. On global univalence theorems. Berlin: Springer, 1983. (Lecture Notes in Math. V. 977).

59. Parthasarathy Th., Ravindran G. Completely mixed games and global univalence in convex regions// Optimization, design of experiments and graph theory: Proc. / Symp., Bombay, dec., 1986. Bombay: Indian Inst. Tech., 1988.

60. Plastock R. Homcomorphisms between Banacli spaces//' Trans. Amer. Math. Soc. 1974. V. 200. P. 109-183.

61. Pourciau B.H. Global invertibility of nonsmooth mappings// J. math, anal. appl. 1988. V. 131. P. 170-179.

62. Reinbs E. Zur Verbiegung von Flachen im Grosen// Math. Z. 1952. Bd. 50. S. 271-279.

63. Rudnik K. Concerning the rigidity problem for subsets of E2 j / Bull. Polish Acad. Sci. Math. 1989. V. 37. P. 251-254.

64. Sabitov I.Kh. The volume as a metric invariant of polyhedra// Discrete Comput. Geom. 1998. V. 20, no.4. P. 405-425.

65. Sauer R. Infinitesimale Verbiegungen zueinander projektiver Flachen// Math. Ann. 1935. Bd. Ill, S. 71-82.

66. Schlenker J.-M. Convex polyhedra in Lorentzian space-forms// Asian J. Math. 2001. V. 5, no. 2, 327-364.

67. Stachel H. Higher order flexibility of octahedra// Period. Math. Hung.1999. V. 39, no.1-3. P. 225-240.

68. Sudrez-Peiro E. A Sclilafli differential formula for simplices in semi-riemannian hyperquadrics, Gauss-Bonnet formulas for simplices in the de Sitter sphere and the dual volume of a hyperbolic simplex// Рас. J. Math. 2000. V. 194, no. 1, 229-255.

69. Velimirovic L.S. On the second order infinitesimal bondings of a class of toroids// Mat. Vesn. 1997. V. 49, no.l. P. 51-58.

70. Velimirovic L.S. On variation of the volume under infinitesimal bending of a closed rotational surface// Novi Sad J. Math. 1999. V. 29, no.3. P. 377-386.

71. Velimirovic, L.S. Change of geometric magnitudes under infinitesimal bending// Facta Univ., Ser. Mech. Autom. Control Robot. 2001. V. 3, no.11. P. 135-148.

72. Wallace A.H. Algebraic approximation of curves/'/ Can. J. Math. 1958. V. 10. P. 242-278.

73. Wliiteley W. Infmitesimally rigid polyhedra. I: Statics of frameworks// Trans. Amer. Math. Soc. 1984. V. 285, no.2. P. 431-465.

74. Wliiteley W. Infinitesimal motions of a bipartite framework// Pacific J. Math. 1984. V. 110, no. 1. P. 233-255.

75. Wliiteley W. The projective geometry of rigid frameworks5// В книге L. Batten (ed.) and C. Baker (ed). Finite Geometries. New York: Marcel Dekker, 1985. P. 353-370.