设$CP^{n+p}$是具有Fubini-Study度量的复$n+p$维复射影空间, 全纯截面曲率为常数4.设$J$为$CP^{n+p}$的复结构, $M^{n}$为$CP^{n+p}$的实$n$维子流形.如果$M^{n}$上每点切空间被$J$变换到自身, 则称$M^{n}$是$CP^{n+p}$的全纯子流形.与此相反, 若$M^{n}$上每点的切空间被$J$变换到该点法空间, 则称$M^{n}$为$CP^{n+p}$的全实子流形.
关于具有常数量曲率子流形, Cheng和Yau最早研究了空间形式中的常数量曲率超曲面(见文献[1]), 引入了一个自共轭的二阶椭圆算子, 这个算子现在仍是我们研究具有常数量曲率子流形的重要工具.本文研究复射影空间中常数量曲率的完备全实子流形, 得到了
定理 设$M^{n}$是$CP^{n+p}$中具有常数量曲率($R\geq1$)的完备全实子流形则
$1)$当$p=1$或$p\leq2, n\geq3$或$p\geq3, n>7$时, 若$\sup S\leq2\sqrt{n-1}$, 则$M^{n}$是$CP^{n+p}$中的全脐子流形.
$2)$当$p\geq3, 3<n\leq7$时, 若$\sup S\leq\frac{2}{3}n$, 则$M^{n}$是$CP^{n+p}$中的全脐子流形.其中$S$为第二基本形式模长平方.
设$M^{n}$是$CP^{n+p}$中实$n$维全实子流形, $J$为$CP^{n+p}$的复结构.在$CP^{n+p}$上选取局部规范正交标架场
使得限制于$M^{n}, \{e_1, \cdots, e_{n}\}$与$M^{n}$相切, 约定各类指标的取值范围
以$\{\omega_A\}$表示$\{e_A\}$的对偶标架场, 则$CP^{n+p}$的结构方程为
其中
这里$(J_{AB})$为线性变换$J$关于$\{e_A\}$的变换矩阵, 即
其中$I_{n+p}$为$n+p$阶单位矩阵.
将上述形式限制在$M$上, 则有
其中$R_{ijkl}, R_{\alpha\beta ij}$分别是$M^n$的Riemann曲率张量场和法曲率张量场关于$\{e_A\}$的分量.进一步, $M^n$的平均曲率向量场$\xi$, 平均曲率$H, $第二基本形式模长平方$S$及标准化数量曲率$R$可表示为
用$h_{ijk}^\alpha $及$h_{ijkl}^\alpha $表示$h_{ij}^\alpha $的共变导数, 则
由(2.14), (2.15) 式, 且记$h_{ij}^\alpha$的Laplacian为$\bigtriangleup h_{ij}^\alpha$, 则
可选取$e_{n+1}=\frac{\xi}{H}^{[2]}$, 此时(2.16) 式变为
另外, 我们需要下面的引理
引理1 [3] 设$a_1, a_2, \cdots, a_n, b_1, \cdots, b_n(n\geq2)$是实数, 且$\sum\limits_ia_i=0$, 则
引理2 [4] 设$a_1, a_2, \cdots, a_n(n\geq 2)$是实数, 且满足$\sum\limits_ia_i=0$.则有
且等号成立当且仅当至少有$n-1$个$a_i$相等.
引理3 [5-6] 设$M$是Ricci曲率有下界的完备黎曼流形, 若$F$是$M$上$C^{\infty}$有上界的函数, 则$\forall\varepsilon>0, \exists x\in M$使得
定理证明还需要下面的引理.
引理4 设$M$是$CP^{n+p}$中具有常数量曲率的完备子流形, 若$S$有上界, 且$F=-(f^{2}+a)^{-\frac{1}{2}}$, 这里$a\in R, f=\sqrt{nH}$是$M$上的$C^2$非负函数, 则对任意收敛序列$\{\varepsilon_{m}\}$满足$\varepsilon_m>0, \varepsilon_m\rightarrow 0(m\rightarrow 0)$, 存在点列{$x_m$}使得
证 通过直接计算
由$S$有上界及$R$为常数知F有上界.由Gauss方程知$M$的Ricci曲率有下界.由引理3及(3.1) 式我们有
这样对任意收敛序列$\{\varepsilon_m\}$满足$\varepsilon_m>0, \varepsilon_m\rightarrow 0(m\rightarrow 0), $存在点列$\{\tilde{x_m}\}$使得(2.18) 式成立.因此$\varepsilon_{m} (3 \varepsilon -F(\tilde{x_m}))\rightarrow 0(m\rightarrow 0)$.
另一方面, 由(2.18) 式知$F(\tilde{x_m})>\sup F-\varepsilon_m.$又$F$有上界, 可选$\{\tilde{x_m}\}$的子列记作$\{x_m\}$使得$F(x_m)\rightarrow F_0(m\rightarrow\infty)$并且(2.18) 式成立.由上确界的定义及(2.18) 式知$F_0=\sup F$且由F的定义知$f(x_m)\rightarrow f_0=\sup f(m\rightarrow\infty)$, 由(3.2) 式有
即$\lim\limits_{m\rightarrow\infty}\sup\triangle(nH)(x_m)\leq 0.$
现在证明定理.
令$u_i = h_{ii}^{n+1} - H$, 于是$\sum\limits_iu_i = 0, \sum\limits_iu_i^2 = {\hbox{tr}}A_{n+1}^2 - nH^2 \triangleq \big| z\big|^2.$
由引理2, 有
考虑以$\pm \frac{n}{2\sqrt{n-1}}$为特征值的二次型
作正交变换
令$x = \sqrt{n} H, y = \big|z\big|$, 则$x^2+y^2 = \hbox{tr}A_{n+1}^2$且(3.4) 式是正交变换, 于是从$x^2+y^2 = u^2 + v^2 = {\hbox{tr}}A_{n+1}^2$得
又
由(2.13) 式及引理1知
故
再由文献[7]及简单计算有
对$\omega_{n+1\alpha}=0$外微分, 注意到$K_{n+1\alpha ij}=0$,
从而
于是对于任意$\alpha, H_\alpha, H_{n+1}$可同时对角化, 由(2.17), (3.3)-(3.9) 式有
其中$M = \max\left\{ 1+ \frac{1}{2}\textrm{sgn}(p-2), \frac{n}{2\sqrt{n-1}} \right\}.$
定义$M^n$上的对称张量场$T=\sum\limits_{i, j}T_{ij}w_i\otimes w_j$如下
我们引入一个与$T$有关的算子$\Box$, 它作用在函数$f\in C^2(M^n)$上为
由于R是常数, 应用自伴算子$\Box$到$nH$并利用(2.13) 式有
由R(R$\geq 1$)是常数, 利用(2.13) 式有$nH\nabla_k(nH)=\sum\limits_{i, j, \alpha}h^{\alpha}_{ij}h^{\alpha}_{ijk}$, 利用施瓦兹不等式有
将(3.10), (3.12) 式代入(3.11) 式得
另一方面
其中$H_{\max}$是平均曲率H的最大值,$\lambda$是主曲率$\{\lambda_i\}^{n+p}_{i=1}$的最小值.
由(2.13) 式和引理3, 取一收敛序列$\{\varepsilon_m\}$满足$\varepsilon_m>0, \varepsilon_m\rightarrow 0(m\rightarrow\infty), $存在点列$\{x_m\}$使得$H(x_m)\rightarrow \sup H(m\rightarrow\infty)$, 由(2.13) 式知$S(x_m)\rightarrow \sup S(m\rightarrow\infty).$
下面分两种情况讨论
(1) 当$p=1$或$p\leq 2, n\geq 3$或$p\geq 3, n>7$时, 此时$M=\frac{n}{2\sqrt{n-1}}$, 则由引理4, (3.13), (3.14) 式得
若$\sup S< 2\sqrt{n-1}$, 则由(3.15) 式知$S=nH^2$, 即$M$是$CP^{n+p}$中全脐子流形.
(2) 当$p\geq 3, n<3\leq 7$时, $M=\frac{3}{2}$, 此时由引理4, (3.13), (3.14) 式得
若$\sup S<\frac{2}{3}n$, 则由(3.16) 式知$S=nH^2$, 即$M$是$CP^{n+p}$中全脐子流形.