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Casco convexo en CAT(0)

Sea $X$ ser completo $\mathop{CAT}(0)$ -espacio y $K\subset X$ sea un subconjunto compacto. ¿Es cierto que el casco convexo de $K$ ¿es compacto?

Observaciones:

  • Casco convexo de $K$ = intersección de todos cerrado conjuntos convexos que contienen $K$ .

  • El espacio es NO se supone que localmente compacto

  • Este problema ya se mencionó en el punto 6.B $_1$ (f) de la obra de Gromov "Asymptotic invariants of infinite groups" (1993).

  • Creo que hay un contraejemplo, tal vez incluso en caso de curvatura negativamente pellizcada (en el sentido de Alexandrov).

5voto

Guy Puntos 16718

De la definición se deduce rápidamente que las bolas cerradas son convexas.

[Prueba: Sean p,q en la bola de radio R alrededor de o, y esté x en la geodésica de p a q. Entonces $d(o,x)\leq d(\bar{o},\bar{x})$ donde la segunda cantidad está en el triángulo de comparación en el espacio euclídeo. Pero ahora $d(\bar{o},\bar{x})\leq \max(d(\bar{o},\bar{p}),d(\bar{o},\bar{q}))\leq R$ según sea necesario].

Por lo tanto, si suponemos que nuestro espacio CAT(0) es propio (como se hace a menudo), es decir, que las bolas cerradas son compactas, la propiedad que deseamos se cumple.

Quizá no sea éste el caso que le interesa. No estoy seguro de lo que ocurre en el caso impropio.

5voto

John Topley Puntos 58789

Se me ocurre que una región afín en $X$ construido a partir de $K$ siempre es compacto, creo. Cualquier medida $\mu$ en $K$ tiene un centro de gravedad $c$ definido como el mínimo $x$ del valor medio de $d(x,y)^2$ con $y$ muestreado de $\mu$ . El conjunto de medidas de Borel sobre $K$ es compacto por el teorema de Banach-Alaoglu en la topología débil-*, y mi intuición es que la posición del centro de gravedad es continua con respecto a esta topología. (Si esta intuición es errónea, entonces el resto de este post no es tan interesante). Esto no es lo mismo que el casco convexo, pero parece interesante como una posible aproximación.

Cualquier punto del casco convexo estricto de $K$ (no su cierre) se alcanza mediante una secuencia de operaciones binarias sobre pares de puntos de una lista finita. La lista inicial de puntos está en $K$ y, a continuación, determinados pares $x$ y $y$ hacer nuevos puntos $z$ . Por definición, $z$ está a una distancia $p$ en el camino de $x$ a $y$ . Esta descripción induce una medida sobre el conjunto inicial de puntos. Por ejemplo, supongamos que empezamos con $x_1, x_2, x_3, x_4 \in K$ entonces coge el punto $y_1$ es decir $p_1$ a lo largo de la geodésica desde $x_1$ a $x_2$ y el punto $y_2$ es decir $p_2$ a lo largo de la geodésica desde $x_3$ a $x_4$ . Por último, el punto $z$ es $q$ en el camino de $y_1$ a $y_2$ . La medida inducida sobre la lista original de puntos es entonces $qp_1[x_1]+q(1-p_1)[x_2]+(1-q)p_2[x_3]+(1-q)(1-p_2)[x_4]$ . Esta medida tiene un centro de gravedad $c$ y me pregunto a qué distancia $c$ puede ser de $z$ . Si $X$ es un espacio vectorial, entonces $c=z$ pero, en general, no son iguales.

Existe una generalización mutua de los puntos del casco convexo y los centros de gravedad. Partiendo de una lista base de puntos $x_1,\ldots,x_n \in K$ hay un $k$ -operación con pesos que sustituye a $k$ de los puntos con su centro de gravedad. Si estas operaciones se repiten en el patrón de un árbol ponderado $T$ entonces el cálculo produce un punto $z$ que podría estar en el casco convexo (si $T$ es binario), o podría ser un centro de gravedad (si $T$ es un arbusto), o podrían ser varias cosas intermedias. Supongamos que $T$ es un árbol complicado. Podemos aplanarlo para convertirlo en un arbusto $T_1$ que da lugar a un punto $z_1$ . A continuación, de varias maneras podemos unflatten $T_1$ paso a paso, para acercarse $T = T_n$ . Asumiendo el primer párrafo, los puntos que pueden ser alcanzados por árboles de profundidad acotada son un conjunto compacto. No sé lo suficiente sobre $\text{CAT}(0)$ espacios para sacar conclusiones, pero parece posible que los puntos $z_k$ acercarse al punto final $z = z_n$ lo suficientemente rápido como para establecer la compacidad. O si esto no sucede, entonces eso podría ser una prueba en contra de la compacidad del casco convexo.

(Para que quede claro, esto es sólo una propuesta y no una solución).


Aquí hay otra forma de enunciar la propuesta sin ningún uso directo del centro de masa, aunque sigue siendo sugerido por el hecho de que el conjunto de centros de masa es compacto.

Para cualquier $0 \le p \le 1$ existe una operación binaria $x \heartsuit_p y$ sobre puntos en $X$ . Por definición, $x \heartsuit_p y$ es el punto $z$ tal que $d(x,z) = pd(x,y)$ y $d(y,z) = (1-p)d(x,y)$ . Sea $x_1,\ldots,x_n$ sea una lista de puntos en $K$ posiblemente con repeticiones. Entonces cada palabra $w$ en los puntos de $K$ escrito en esta notación define un punto $z \in X$ . También podemos calcular la misma palabra en los vértices de un simplex euclidiano $\Delta_{n-1}$ . Obtenemos así un mapa continuo $f_T:\Delta_{n-1} \to X$ que sólo depende de la estructura del árbol $T$ de $w$ . ¿A qué distancia están estos mapas entre sí para dos árboles diferentes? (Hay $(2n-3)!!$ árboles distintos). Si se tiene suficiente control sobre la distancia, entonces el casco convexo cerrado de $K$ es compacta. Más concretamente, la esperanza es encontrar una compactificación del espacio de palabras tal que el mapa de evaluación se extienda continuamente.

Por ejemplo, si $n=3$ podemos definir tres centros de árbol de tres puntos $x,y,z$ a saber $x \heartsuit_{1/3} (y \heartsuit_{1/2} z)$ y sus permutaciones cíclicas. ¿A qué distancia pueden estar en un $\text{CAT}(0)$ ¿Espacio? Por ejemplo, en un árbol, que es una especie de opuesto a un espacio euclidiano, los centros arbóreos de un triángulo equilátero unitario están como máximo a 1/3 de distancia unos de otros.


En los comentarios a mi otro post sobre posibles contraejemplos, Anton también pide referencias. He encontrado el artículo Retracciones no expansivas en espacios de Banach de Kopecká y Reich. Dicen,

Esta demostración del Teorema 2.10 funciona igualmente bien en cualquier espacio de Hadamard en el que el casco convexo cerrado de un número finito de puntos sea compacto. Se deduce entonces que el problema Plateau puede resolverse en tales espacios. Desafortunadamente, no se sabe qué espacios de Hadamard tienen esta propiedad. Sin embargo, se demuestra en [We, Teorema 1.6] que el problema de Plateau puede resolverse en todo espacio de Hadamard (independientemente de que tenga o no esta propiedad)."

Su teorema 2.10 es una propiedad interesante y más fuerte que demuestran que se deduce de la propiedad de Anton: Todo conjunto compacto $K$ está contenido en un repliegue compacto y 1-Lipschitz del espacio $X$ . Es evidente que dicho repliegue también es convexo, por lo que el casco convexo de $K$ El interior es compacto. Además, el objeto de su Teorema 2.10 es exactamente mi ejemplo 2, por lo que ese ejemplo no sirve. Además, la propiedad de Anton ya tiene un nombre en la literatura, lo que ellos llaman CNEP, y reducen al caso de que $K$ es finito. Por último, a partir de 2006, estos autores lo describen como un problema abierto.

4voto

John Topley Puntos 58789

Es un poco absurdo ofrecer una recompensa de una semana por un problema abierto, pero puede tomarse como una petición de ideas. He aquí algunas posibles construcciones de $\text{CAT}(0)$ espacios que no son localmente compactos de los que se podría aprender algo.

  1. Sea $X$ ser un $\text{CAT}(0)$ espacio y dejar $A$ sea un espacio topológico compacto con una medida de Borel finita $\mu$ . Entonces el espacio de funciones continuas $C(A,X)$ tiene una distancia definida por $$d(f,g)^2 = \int_A d(f(t),g(t))^2 d\mu.$$ En general $C(A,X)$ no está completa, pero podemos tomar su terminación. Supongo que su finalización puede llamarse $L^2(A,X)$ y supongo que es $\text{CAT}(0)$ .

  2. Si $H$ es un espacio complejo de Hilbert, entonces existe un producto interior indefinido sobre $H' = \mathbb{C} \oplus H$ dada por $$\langle \alpha \oplus v, \beta \oplus w \rangle = \langle \alpha,\beta \rangle - \langle v,w \rangle.$$ Podemos considerar los vectores en $H'$ con producto interior propio positivo y con primera componente positiva, dividida por fase compleja. Esta es una versión del espacio de Hilbert de $\mathbb{C}H^\infty$ con una métrica natural de Fubini-Study. Supongo que no es más que la terminación métrica del límite directo de $\mathbb{C}H^n$ .

  3. A $C^*$ -álgebra $A$ tiene un grupo lineal general $\text{GL}(A)$ de operadores invertibles y un grupo unitario $\text{U}(A)$ de operadores unitarios. Se puede observar el espacio coset $\text{GL}(A)/\text{U}(A)$ que es un análogo de dimensión infinita del $\text{CAT}(0)$ espacio homogéneo $\text{GL}(n,\mathbb{C})/\text{U}(n)$ . Supongamos también que $A$ tiene una traza fiel finita $\tau$ . Entonces creo que $\tau$ da una métrica de Riemann sobre $\text{GL}(A)/\text{U}(A)$ . Una vez más, hay que completar porque esto incluye casos especiales de la primera construcción. Supongo, aunque en este caso realmente no entiendo bien las cosas, que la métrica es $\text{CAT}(0)$ .

En cualquiera de estos casos se podría preguntar si el casco convexo cerrado de un conjunto compacto es compacto. Al principio pensé que la respuesta podría ser no ya en la construcción 1. La esperanza era que se pudiera hacer un casco convexo que incluyera $L^2(A,R)$ para una región pequeña $R \subset X$ . Si eso ocurre, entonces no es compacto. Pero no estoy seguro de que ocurra.


En realidad, estas construcciones analíticas no son más que formas extravagantes de tomar límites infinitos de variedades de dimensión finita, como dice Anton en la respuesta que propone. Supongo que de ahí viene la intuición de que podría haber un contraejemplo. Para ser concretos, tomemos $\text{GL}(n,\mathbb{C})/\text{U}(n)$ el espacio homogéneo de $n \times n$ Matrices hermitianas. (O la versión real también estaría bien.) Como dice Anton, puedes tomar tres puntos $x, y, z$ y mira el radio interior de su casco convexo. También podrías dejar que $x$ sea la matriz identidad, y entonces en casos interesantes $y$ y $z$ son otras dos matrices que no conmutan bien. No es difícil encontrar muchos puntos en el casco convexo con un ordenador, pero de momento no tengo mucha intuición.

Incluso si el radio interior es pequeño, si hay un disco dentro con radio limitado por debajo y dimensión creciente, podría ser suficiente.

4voto

crashmstr Puntos 15302

Sobre un posible contraejemplo. Sea $M$ sea una variedad riemanniana y $x,y,z\in M$ . Se puede medir el radio máximo de una bola dentro del casco convexo de $\{x,y,z\}$ que así sea $r(M,x,y,z)$ .

¿Es posible encontrar una secuencia $M_n$ de curvatura negativa $n$ -con puntos $x_n,y_n,z_n\in M_n$ tal que $|x_ny_n|=|y_nz_n|=|z_nx_n|=1$ y $r(M_n,x_n,y_n,z_n)$ permanece acotada lejos de cero como $n\to\infty$ ?

Si la respuesta es "sí", entonces debería dar lugar a un contraejemplo. El argumento de nuestro "Sobre cada convexo..." podría ayudar.

2voto

Mike Puntos 978

He aquí una cita del artículo "Schauder Fixed Point Theorem in Spaces with Global Nonpositive Curvature" de Niculescu y Rovenţa, http://www.hindawi.com/journals/fpta/2009/906727.html

[En un espacio CAT(0)] "el casco convexo de un subconjunto finito no es necesariamente cerrado, pero podemos mencionar dos casos importantes en los que esto ocurre. El primero es el de los espacios de Hilbert. De hecho, en cualquier espacio de Hausdorff localmente convexo, si hay subconjuntos convexos compactos, entonces el casco convexo de su unión también es compacto. Véase la monografía de Day [9]".

Dos conclusiones: 1) para espacios de Hilbert el resultado se mantiene. 2) afirman que el casco convexo de un conjunto finito no es necesariamente cerrado, por lo que no es necesariamente compacto.

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