Teoria Geometrica della Misura, a.a. 2019-20
Seminari
per l'esame finale
[torna alla pagina della didattica]
Questa è la lista di seminari per l'esame del corso di Teoria
Geometrica della Misura, a.a. 2019-20.
Ricordo che l'esame è composta da un
seminario e da un orale sugli argomenti principali del corso.
Attenzione:
- accanto ad ogni seminario indico il nome dello studente a cui è
stato assegnato, e tale seminario non può essere assegnato ad un
secondo studente; i seminari non ancora assegnati sono in fondo alla
lista;
- i dettagli del seminario vanno concordati con me;
- per alcuni seminari non ho dato al momento alcuna referenza, ma
la fornirò su richiesta;
- alcuni argomenti sono più ampi o difficili di altri, cosa di cui
terrò conto in fase di valutazione.
Referenze fondamentali:
[Fa] K. Falconer: The geometry of
fractal sets. Cambridge University Press, 1985.
[Fe] H. Federer: Geometric measure theory. Springer, 1969.
[KP] S.G. Krantz, H.R. Parks: Geometric Integration Theory. Birkhäuser,
2008.
[Ma] P. Mattila: Geometry of sets and measures in Euclidean spaces.
Cambridge University Press, 1995.
Seminari già assegnati:
Il teorema di proiezione di
Besicovitch-Federer (Viola Giovannini, 2020-10-2)
È facile far vedere che se E è un insieme d-rettificabile in R^n, la
proiezione ortogonale di E su V ha misura d-dimensionale positiva
per quasi ogni sottospazio
d-dimensionale V di R^n.
Vale anche il seguente viceversa, tutt'altro che banale: se E è
d-puramente non rettificabile e ha misura di Hausdorff d-dimensionale
finita, allora
la proiezione ortogonale di E su V è H^d-trascurabile per q.o.
sottospazio d-dimensionale V di R^n.
Riferimento: [Ma].
Il teorema di De Giorgi sulla struttura degli insiemi di
perimetro finito (Gabriele Bocchi, 2020-10-12)
Un insieme E in R^n ha perimetro finito se la corrente n-dimensionale
associata ha bordo con massa finita (o, equivalentemente, se la sua
funzione caratteristica appartiene allo spazio BV(R^n)).
Si può dimostrare che il bordo di E è una corrente rettificabile
associata a uno specifico insieme rettificabile noto come "frontiera
ridotta". Questo risultato, dovuto a E. De Giorgi, è un precursore del
teorema di rettificabilità del bordo di Federer e Fleming.
Dimostrazioni di questo risultato si trovano in diversi libri di testo,
tuttavia è preferibile darne una che si basi il più possibile sui
risultati dimostrati nel corso (verrà fornito uno schema di
dimostrazione).
Misure tangenti e il teorema di Marstrand (Marco Inversi,
2020-11-6)
Sia \mu una misura finita in R^n e sia d un numero
positivo tale che la densità d-dimensionale di \mu esiste per \mu-q.o.
punto ed è finita e positiva. Allora d è necessariamente un numero
intero.
(Una versione più semplice ma equivalente di questo enunciato dice
che se E è un insieme di Borel in R^n con H^d(E)
positiva e finita tale che la densità d-dimensionale di E
esiste in H^d-q.o. punto di E, allora d è un numero
intero.) La dimostrazione di questo risultato si basa sulla nozione
della misura
tangente.
Riferimento: [Ma]
Struttura dei continui di lunghezza finita in
R^n
e teorema di Golab (Camilla Brizzi, 2020-11-16)
Sia K un continuo (cioè un insieme compatto connesso) in R^n con
lunghezza finita (dove per lunghezza si intende la misura di Hausdorff
1-dimensionale H^1). Allora K è
l'immagine di un cammino chiuso Lipschitziano e ammette uno
spazio tangente in senso classico in q.o. punto.
Usando un raffinamento di questo risultato si può dimostrare il teorema
di semicontinuità di S. Golab, cioè che la lunghezza è semicontinua
inferiormente sulla classe dei
continui in R^n, dotata della distanza di Hausdorff.
Capacità,
dimensione capacitaria e
dimensione di Hausdorff (Luca Briani, 2020-11-23)
La p-capacità è una misura della grandezza di un insieme con un
ruolo importante in molte aree dell'analisi. Il risultato principale di
questo seminario è il lemma di Frostman, che dà una relazione tra
p-capacità e misura di Hausdorff d-dimensionale, mostrando che
la dimensione di Hausdorff e la dimensione capacitaria coincidono.
Questo lemma può essere utilizzato per dimostrare diversi risultati non
ovvi sulla dimensione Hausdorff del prodotto di insiemi e delle
proiezioni ortogonali "generiche" di un insieme.
Riferimento: [Ma].
Teorema di deformazione poliedrale e
approssimazione
in massa delle correnti (Alessandro Pinzi, 2021-4-14)
Partendo dal teorema di deformazione poliedrale (la cui
dimostrazione è stata abbozzata a lezione) si può dimostrare che le
correnti intere possono essere approssimate in massa da quelle
poliedrali a coefficienti interi, e che le correnti normali possono
essere approssimate in massa da quelle poliedrali a coefficienti reali.
Riferimento: [KP]
Misure di
reticolo comparabili e applicazioni
(Daniele Del Molin, 2021-7-29)
Usando la nozione di misura di reticolo comparabile (con la misura di
Hausdorff) si possono dimostrare i
seguenti risultati non banali:
a) Un insieme chiuso in R^n con misura di Hausdorff
d-dimensionale infinita contiene un sottoinsieme con misura finita e
positiva.
b) Dati A e B contenuti in spazi euclidei, la dimensione
di Hausdorff del prodotto A x B è maggiore o uguale alla somma
delle dimensioni di A e di B (ma l'uguaglianza può non valere).
Riferimento: [Fa]
Il teorema
di Sard (Francesca Pistolato, 2021-9-22)
Sia f una mappa della classe C^{h,a} da R^n a R^N, e per ogni intero k
sia S_k l'insieme dei punti x di R^n tali che il differenziale di f in
x ha un rango al più k.
Una versione del teorema di Sard dovuta a H. Federer fornisce un limite
superiore per la dimensione di Hausdorff dell'immagine f(S_k), espressa
in termini di d h, a e k.
Opportuni esempi mostrano che tale stima è ottimale.
Decomposizione delle correnti intere
(Florin Suciu, 2021-12-21)
Una d-corrente intera T si dice "decomponibile" se si scrive come T =
T'+T" con T' e T" correnti intere non nulle per cui M(T) = M(T') +
M(T'") e M(bd(T)) = M(bd(T')) + M(bd(T'")) dove M(T) indica la massa di
una corrente T e bd(T) indica il
bordo. Analogamente una corrente si dice "indecomponibile" se non è
decomponibile. Nel caso in cui T è la corrente associata ad una
superfice regolare S con bordo, T è indecomponibile se e solo se S è
connessa.
Il risultato principale di questo seminario consiste nel dimostrare che
ogni d-corrente intera si decompone come somma (numerabile) di correnti
indecomponibili. La dimostrazione usa in modo essenziale il teorema
isoperimetrico per le
correnti intere.
Riferimenti: [Fe, sezione 4.2.25], [P. Bonicatto, G. Del Nin, E.
Pasqualetto: Decomposition of integral metric currents, 2021]
Un approccio diretto al problema di
Plateau (Matteo Nesi, 2022-1-10)
Recentemente C. De Lellis, F. Ghiraldin e F. Maggi hanno proposto un
nuovo approccio al problema di Plateau basato su metodi di teoria della
misura che consente loro di dimostrare l'esistenza di un insieme
compatto con misura d-dimensionale minima tra tutti i compatti K che
soddisfano determinate condizioni topologiche (condizioni che
formalizzano il concetto intuitivo che "il bordo di K è un dato insieme
G").
Riferimento: [C. De Lellis, F. Ghiraldin e F. Maggi: A direct approach
to Plateau's problem, 2017]
Insiemi
di Besicovitch
(Pietro Sebastianelli, 2022-6-3)
Un insieme (compatto) E in R^n è detto di
Besicovitch se è trascurabile secondo Lebesgue e contiene segmenti di
lunghezza di almeno 1 in ogni direzione. L'esistenza di tali
insiemi è un fatto non banale, e una dimostrazione relativamente
semplice basata sul teorema di
Baire è stata data recentemente da T.W. Körner.
Inoltre R. Davies ha dimostrato che nel piano (cioè per n=2) ogni
insieme di Besicovitch deve avere dimensione di Hausdorff pari a 2.
L'estensione di questo risultato a dimensione superiore è noto come
congettura di Kakeya.
Riferimenti: [T.W. Körner: Besicovitch via Baire, 2003] + [Fa]
Il
teorema isoperimetrico per le correnti
intere (Klevi Markaj, 2022-12-19)
Siano d, n numeri interi con d<n: allora ogni d-corrente T in R^n,
intera e senza bordo, coincide con il bordo di una corrente intera U;
inoltre la massa di U può essere controllata dalla massa di T alla
potenza 1+1/d. La dimostrazione è un facile corollario del teorema di
deformazione
poliedrale.
Un'enunciato simile vale quando lo spazio ambiente R^n viene sostituito
da un insieme con bordo regolare o da una varietà regolare X; usando
questo risultato si dimostra che le classi di cobordismo delle correnti
intere in X sono chiuse, cosa che a sua volta permette di dimostrare
l'esistenza di correnti intere di massa minima in ogni classe di
omologia di X.
Riferimenti: [KP] per il risultato di base, [Fe] per i risultati
avanzati.
Seminari non
assegnati:
2. Il
teorema di Besicovitch sulla struttura
degli insiemi 1-dimensionali in R^n
Sia E un insieme di Borel di lunghezza finita. È noto che la densità
1-dimensionale superiore di E
è 1 in q.o. punto di E. Inoltre la densità
1-dimensionale inferiore di E
è 1 in q.o. punto di E se e solo se E è rettificabile, ed è
strettamente inferiore a 1 in q.o. punto di E se e solo se E è
puramente non rettificabile.
Riferimenti: [Fa] oppure [Ma]
8. Disuguaglianza di
Wirtinger e
minimalità delle superfici complesse
Sia S una superficie complessa k-dimensionale in C^n, vale a dire una
superficie compatta con bordo
di classe C^1 tale che lo spazio tangente in ogni punto è un
sottospazio complesso (e non solo reale).
Allora S minimizza la misura H^2k tra tutte le
superfici (reali) orientate con lo stesso bordo di S.
Questo risultato è una conseguenza della disuguaglianza di
Wirtinger, che mostra che la forma di Kähler è una calibrazione (nel
senso delle forme differenziali) per ogni
superficie complessa.
10. Il
"teorema del commesso viaggiatore" di
Peter Jones
Si può dimostrare che esistono insiemi compatti nel piano con
dimensione di Hausdorff arbitrariamente piccola che non possono essere
coperti da una quantità numerabile di immagini di cammini
Lipschitziani. (Per inciso, l'esistenza di tali insiemi mostra che il
sottoinsieme
H^1-trascurabile che appare nella definizione di insieme
1-rettificabile non può essere omesso senza alterare la definizione.)
Viene quindi naturale la seguente domanda: quali insiemi nel piano
possono essere coperti da un cammino di lunghezza finita? Il "teorema
del commesso viaggiatore" di P.W. Jones caratterizza questi insiemi
usando un criterio puramente geometrico legato alla distribuzione
dell'insieme nei quadrati diadici.
Riferimenti: [P.W. Jones: Rectifiable sets and the Travelling Salesman
Problem, 1990] + altri
11. Una misura finita è univocamente
determinata dai valori che assume sulle palle?
Consideriamo due misure finite su uno spazio metrico X che assumono gli
stessi valori su tutte le palle.
Se X è (un sottoinsieme di) R^n allora segue dal Teorema di
Radon-Nikodym che le due misure coincidono, ma questo non è vero in
generale, come mostrato da un esempio di R. Davies.
Tuttavia le misure coincidono se soddisfano alcune ipotesi aggiuntive,
ad esempio se sono "asintoticamente doubling". (Una misura localmente
finita \mu su X è detta asintoticamente doubling se per \mu-q.o. punto
x il rapporto \mu(B(x, 2r)) diviso \mu(B(x, r)) ha limsup finito per r
che tende a zero.)
Si noti infine che anche per X = [0,1] non tutte le misure finite sono
asintoticamente doubling.
15.
Struttura delle correnti intere
1-dimensionali
Una corrente intera di dimensione 1 in R^n può essere scritta come
somma di una quantità numerabile di cammini semplici e rettificabili (o
meglio, come somma delle correnti associate a tali cammini).
Riferimento: [Fe, sezione 4.2.25]