设$ f:M^n\rightarrow N^{n+p} $是等距浸入, 则
1 $ M^n $是全测地子流形的充要条件是$ M^n $是全脐子流形也是极小子流形
2 $ M^n $是极小子流形的必要条件是$ M^n $是伪脐子流形
3 $ M^n $是全脐子流形的必要条件是$ M^n $是迷向子流形
因为Kähler流形的Kähler子流形必是极小子流形, 我们考虑上述结果反过来若要成立的条件.一般地, 对于一个具有度量$g_{ij} $的黎曼流形, 如果其曲率张量满足以下等式:
则称其为常曲率黎曼流形, 其中K是一个常数.
1972年, Chen和矢野[1]在研究共形平坦空间时提出了拟全脐的概念, 该文中他们得到了这类空间的一个曲率的表达式:
1986年, 白正国[2]将这类空间命名为拟常曲率空间, 定义为曲率张量写作以下形式的黎曼空间:
这里的$ a, b $是任意光滑函数, $ \left\{ \lambda _A \right\} $是一组单位向量在标准基下的分量.
而复射影空间的曲率张量可以写作[3]:
类似地, 2011年宋卫东教授在文献[4]中提出了拟复射影空间的概念, 他将拟复射影空间定义为曲率张量满足
的复$ n+p $维黎曼流形, 做为复射影空间的推广.
一般地, 设$ p\in M, u=\sum_i^{}{u^ie_i\in T_pM} $, 其中$ \sum_i^{}{\left( u^i \right) ^2}=1 $, 称
为关于$ u $在$ p $点的法曲率张量.若$ \lVert h_p \rVert =\lambda _p $, 则称$ M^n $为$ N^{n+p} $中$ \lambda $-迷向子流形[5].
对于复射影空间的$ \lambda- $迷向子流形, 尹松庭证明了如下定理[5].
定理A 设$ M^n $为复射影空间$ CP^{n+p}\left( 4 \right) $中迷向Kähler子流形, 如果$ M^n $第二基本形式模长平方S满足
则$ M^n $是全测地的.
定理B 设$ M^n $为复射影空间$ CP^{n+p}\left( 4 \right) $中迷向Kähler子流形, 如果在每一点处$ M^n $截面曲率满足
其中$ K $是$ M^n $截面曲率的下确界, 则$ M^n $是全测地的.
定理C 设$ M^n $为复射影空间$ CP^{n+p}\left( 4 \right) $中迷向Kähler子流形, 如果在每一点处$ M^n $的Ricci曲率满足
其中$ Q $是$ M^n $的Ricci曲率的下确界, 则$ M^n $是全测地的.
本文将外围空间扩展到拟复射影空间, 得到如下结果. 首先是在局部对称的条件下, 得到了:
定理1.1 若$ M^n $是局部对称拟复射影空间$ CQ^{n+p} $的迷向Kähler子流形, 则当
时, $ M^n $是全测地的.
定理1.2 若$ M^n $是局部对称$ CQ^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 若
则$ M^n $是全测地的, 其中$ K $是$ M^n $的截面曲率下确界.
定理1.3 若$ M^n $是局部对称$ CQ^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 若
则$ M^n $是全测地的, 其中$ Q $是$ M^n $的Ricci曲率下确界.
推论1.4 若$ M^n $是局部对称$ CP^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 则$ S<\frac{\left( 8n^2+4n-3 \right) \left( n+1 \right)}{n\left( 4n-1 \right)} $时, $ M^n $是全测地的.
推论1.5 若$ M^n $是局部对称$ CP^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 则$ K>-\frac{4n-1}{8n^2\left( n+1 \right)}-\frac{\left( 2n^2+4n-1 \right) \left( 8n^2+4n-3 \right)}{8n^3\left( n+1 \right) \left( 4n-1 \right)} $时, $ M^n $是全测地的, 其中$ K $是$ M^n $的截面曲率下确界.
推论1.6 若$ M^n $是局部对称$ CP^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 则$ Q>2\left( n+1 \right) -\frac{\left( n+1 \right) \left( 8n^2+4n-3 \right)}{2n^2\left( 4n-1 \right)} $时, $ M^n $是全测地的, 其中$ Q $是$ M^n $的Ricci曲率下确界.
另一方面, 在没有局部对称条件的情况下, 我们得到了:
定理1.7 若$ M^n $是$ CQ^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 记$ X=2a\left( 4n^2+2n-1 \right) -\left| b \right|\left( 8n^2-6n+2 \right) $, $ Y=2n\left( 8n^2+2n-1 \right) $, 若
定理1.8 若$ M^n $是$ CQ^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 记$ X=2a\left( 4n^2+2n-1 \right) -\left| b \right|\left( 8n^2-6n+2 \right) $, $ Y=2n\left( 8n^2+2n-1 \right) $, 若$ K>-\frac{a\left( 4n-1 \right)}{8n^2\left( n+1 \right)}+\frac{2Y\left[ 2n^2\left( 4n-1 \right) +\frac{1}{4}b^2 \right]}{8n^2\left( n+1 \right) \left( X+\sqrt{X^2-b^2Y} \right)}, $则$ M^n $是全测地的, 其中$ K $是$ M^n $的截面曲率下确界.
定理1.9 若$ M^n $是$ CQ^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 记$ X=2a\left( 4n^2+2n-1 \right) -\left| b \right|\left( 8n^2-6n+2 \right) $, $ Y=2n\left( 8n^2+2n-1 \right) $, 若$ Q>2a\left( n+1 \right) +\left| b \right|\left( 2n+1 \right) -\frac{\left( n+1 \right) \left( X+\sqrt{X^2-b^2Y} \right)}{2Y}, $则$ M^n $是全测地的, 其中$ Q $是$ M^n $的Ricci曲率下确界.
推论1.10 若$ M^n $是$ CQ^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 若$ S<\frac{2n\left( n+1 \right) \left( 4n^2+2n-1 \right)}{8n^2+2n-1}, $则$ M^n $是全测地的.
推论1.11 若$ M^n $是$ CQ^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 若$ K>-\frac{4n-1}{8n^2\left( n+1 \right)}+\frac{n^2\left( 8n^2+2n-1 \right) \left( 4n-1 \right)}{4n\left( n+1 \right) \left( 4n^2+2n-1 \right)}, $则$ M^n $是全测地的.
推论1.12 若$ M^n $是$ CQ^{n+p} $的Kähler迷向子流形, 若$ Q>2\left( n+1 \right) -\frac{\left( n+1 \right) \left( 4n^2+2n-1 \right)}{n\left( 8n^2+2n-1 \right)}, $则$ M^n $是全测地的.
约定各类指标的取值范围如下:
设$ CQ^{n+p} $是具有Kähler度量的复$ n+p $维复黎曼流形, 如果其曲率张量表示为
则称$ CQ^{n+p} $为拟复射影空间, 也称拟常曲率复射影空间. 其中, $ g $是$ CQ^{n+p} $上的黎曼度量, $ J $为$ CQ^{n+p} $的复结构, $ a, b $是$ CQ^{n+p} $上的光滑函数, $ \left\{ \lambda _A \right\} $是$ CQ^{n+p} $上的单位向量函数, 满足$ \sum\limits_{A, B}^{}{g^{AB}\lambda _A\lambda _B=1} $.
当$ a=\frac{c}{4}, b=0 $时, 拟复射影空间$ CQ^{n+p} $是全纯截面曲率为$ c $的复射影空间$ CP^{n+p} $. 设$ M^n $是$ CQ^{n+p} $的$ n $维全实子流形, $ J $为$ CQ^{n+p} $的复结构, 取$ CQ^{n+p} $的局部规范正交标架场$ e_1, \cdots e_{n+p}, e_{1^*}, \cdots , e_{\left( n+p \right) ^*} $满足
因为$ J $是复结构, 满足$ J^2=-1 $, 对(2.2)式两边用$ J $作用, 得
取$ \left( J_{AB} \right) $为复结构, 视为线性变换$ J $关于$ \left\{ e_A \right\} $的变换矩阵, 则由(2.2),(2.3)两式得
这里, $ I_{n+p} $为$ n+p $阶单位矩阵. 用$ \left\{ \omega _A \right\} $表示$ \left\{ e_A \right\} $的对偶标架场, 则$ CQ^{n+p} $的结构方程为
其中$ K_{ABCD} = a (\delta_{AC} \delta_{BD} - \delta_{AD} \delta_{BC} + J_{AC} J_{BD} - J_{AD} J_{BC} + 2J_{AB} J_{CD}) + b (\delta_{AC} \lambda_{B} \lambda_{D} + \delta_{BD} \lambda_{A} \lambda_{C} - \delta_{AD} \lambda_{B} \lambda_{C} - \delta_{BC} \lambda_{A} \lambda_{D}), \quad \left( \sum\limits_{A} \lambda_{A}^{2} = 1 \right). $设$ \left\{ \omega _{AB} \right\} $是$ CQ^{n+p} $的联络1-形式, 将上述形式限制在$ M^n $上, 有[5]
其中, $ h, R_{ijkl}, R_{\alpha \beta ij} $分别是$ M^n $的第二基本形式, 黎曼曲率张量和法曲率张量场关于$ {e_A} $的分量, $ K_{ABCD} $是$ CQ^{n+p} $的曲率张量的分量.
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可分别表示为
下面用$h_{ijk}^{\alpha} $及$h_{ijkl}^{\alpha} $分别表示$h_{ij}^{\alpha} $的一阶共变导数和二阶共变导数[6],
则有
引理2.1 [7] $ f:M^n\rightarrow CQ^{n+p} $是$ \lambda $-迷向浸入当且仅当
其中$ i, j, k, l $互不相同.
引理2.2 [8] 若$ M^n $是$ N^{n+p} $的极小子流形, 则$ M^n $是伪脐子流形; Kähler流形的Kähler子流形必是极小子流形.
引理2.3 [5] 设$ f:M^n\hookrightarrow CP^{n+p}\left( 4 \right) $为Kähler迷向浸入, 则
首先我们证明定理1.1
证 同引理2.3的证明和(2.1) 可知, 引理2.3对拟复射影空间也成立
首先对于$ \sum\limits_{\alpha , \beta , m, k}^{}{h_{ii}^{\alpha}h_{mk}^{\alpha}R_{miik}} $当$ m=i $或$ k=i $时, 由引理2.1有$ \sum\limits_{\alpha}^{}{h_{ii}^{\alpha}h_{mk}^{\alpha}}=0 $, 下面考虑$ m, k\ne i $的情况.
首先, 由引理2.1和$ M^n $的极小性,
同理, 由上式
对于第四项
最后两项
综上所述, 我们有
再来估计$ \sum\limits_{\alpha , m, k}^{}{h_{ii}^{\alpha}h_{mi}^{\alpha}R_{mkik}} $.
当$ m\ne i $时, $ \sum\limits_{\alpha , m}^{}{h_{ii}^{\alpha}h_{mi}^{\alpha}}=0 $, $ k=i $时, $ R_{mkik}=0 $, 所以接下来考虑$ m=i\ne k $的情况.
最后考虑$ \sum\limits_{\alpha , \beta , k}^{}{h_{ii}^{\alpha}h_{ki}^{\beta}R_{\alpha \beta ki}}. $由(2.1), (2.6) 得
其中
又由$ CQ^{n+p} $的局部对称性和$ M^n $的极小性, 有
因为$ \sum_A^{}{\lambda _{A}^{2}}=1 $, 所以$ \sum_{i, i\ne k}^{}{\lambda _{i}^{2}}\le 1 $, $ n\ge 1 $时, $ -2n^2\left( 4n-1 \right) <0 $, $ 8n^2-6n+2>0 $, $ 8n^2+4n-3>0 $, 于是我们有
所以当$ \lambda ^2<\frac{a\left( 8n^2+4n-3 \right) -2\left| b \right|\left( 8n^2-6n+2 \right)}{2n^2\left( 4n-1 \right)} $结合引理2.3可得
时, 有$ S=2n\left( n+1 \right) \lambda ^2=0. $证毕.
下面证明定理1.2.
证 记$ K $为$ M^n $截面曲率的下确界, 则
将(3.10)、(3.11)、(3.12)、(3.15) 代入(3.1) 得:
于是当$ K>-\frac{a\left( 4n-1 \right) +2n\lambda ^2\left( 2n^2+4n-1 \right)}{8n^2\left( n+1 \right)} $时, $ \lambda =0 $, 进而$ M^n $是全测地的.
将定理1.1代入可得, 当
时, $ M^n $是全测地的. 证毕.
下面证明定理1.3
证 记$ Q $是$ M^n $Ricci曲率的下确界, 则由(2.1)可得:
其中$ \sum\limits_{\alpha , j}^{}{\left[ h_{jj}^{\alpha}h_{ii}^{\alpha}-\left( h_{ij}^{\alpha} \right) ^2 \right]}=\sum\limits_{\alpha , j\left( j\ne i \right)}^{}{\left[ h_{jj}^{\alpha}h_{ii}^{\alpha}-\left( h_{ij}^{\alpha} \right) ^2 \right]} $将引理2.1代入上式, 结合$ M^n $的极小性可得
于是有
由上式, 当
时, 由定理1可得$ M^n $是全测地的.这就证明了定理1.3. 证毕.
下面我们在没有局部对称的条件下讨论这个问题, 证明定理1.6.
证 由引理2.2可知, $ M^n $是伪脐的, 设$ \omega =\sum_{\alpha , i, j, k}^{}{\left( h_{ik}^{\alpha}K_{\alpha jij}+h_{ij}^{\alpha}K_{\alpha ijk} \right)} $, 则
于是得
于是$ \sum\limits_{\alpha , i, k}^{}{\left( h_{iik}^{\alpha} \right) ^2}-\sum\limits_{\alpha , i, k}^{}{h_{ii}^{\alpha}\left( K_{\alpha kiki}+K_{\alpha iikk} \right)}=\sum\limits_{\alpha , i, k}^{}{\left( h_{iik}^{\alpha} \right) ^2}+\sum\limits_{\alpha , i, k}^{}{h_{iik}^{\alpha}K_{\alpha iik}}-div\omega. $又由(2.1)得
因为$ \sum_A^{}{\lambda _{A}^{2}}=1 $, 也就是$ \sum_i^{}{\lambda _{i}^{2}}+\sum_{\alpha}^{}{\lambda _{\alpha}^{2}}=1 $, 所以
于是, $ 0\le \sum\limits_{i, \alpha}^{}{\left( \lambda _i\lambda _{\alpha} \right) ^2\le \frac{1}{4}}. $
因为指标$ i $有$ 2n $个取值, 指标$ \alpha $有$ 2p $个取值, 所以$ \frac{\sum\limits_{i, \alpha}^{}{\lambda _i\lambda _{\alpha}}}{4np}\le \sqrt{\frac{\sum\limits_{i, \alpha}^{}{\left( \lambda _i\lambda _{\alpha} \right) ^2}}{4np}}\le \sqrt{\frac{1}{4np}} $由柯西不等式, 有
化简得
记$ A=\sum_{\alpha , k}^{}{\lambda _{k}^{2}-n\lambda _{\alpha}\lambda _k} $, 则$ -\sqrt{np}\le A\le \sqrt{np}+1 . $由二次函数的性质, 有
结合(3.1)、(3.8)、(3.10)、(3.11)、(3.19), 得
考虑关于$ \lambda ^2 $的二次函数
记$ \varDelta =\left[ 2a\left( 4n^2+2n-1 \right) -\left| b \right|\left( 8n^2-6n+2 \right) \right] ^2-2nb^2\left( 8n^2+2n-1 \right). $
记$ X=2a\left( 4n^2+2n-1 \right) -\left| b \right|\left( 8n^2-6n+2 \right) $, $ Y=2n\left( 8n^2+2n-1 \right) $, 结合二次函数的图像性质可知, 若
则$ \lambda ^2=0 $, 进而$ M^n $是全测地的. 证毕.
类似定理1.2、1.3的证明过程, 我们证明定理1.8、定理1.9.
证 由(3.1)、(3.8)、(3.10)、(3.11)、(3.15) 我们可以得到
当$ K>\frac{2Y\left[ 2n^2\left( 4n-1 \right) +\frac{1}{4}b^2 \right]}{8n^2\left( n+1 \right) \left( X+\sqrt{X^2-b^2Y} \right)}-\frac{a\left( 4n-1 \right)}{8n^2\left( n+1 \right)} $时, 由定理1.7, $ M^n $是全测地的, 这样就证明了定理1.8. 证毕.
证 同定理1.3的讨论, 当$ Q>2a\left( n+1 \right) +\left| b \right|\left( 2n+1 \right) -\frac{\left( n+1 \right) \left( X+\sqrt{X^2-b^2Y} \right)}{2Y} $时, 由定理1.7, 可知$ M^n $是全测地的, 就得到了定理1.9. 证毕.
特别地, 在上述的六个定理中取$ a=1, b=0 $, 即可得对应条件下关于复射影空间的推论.