Low codimensional intrinsic regular submanifolds in the Heisenberg group H^n

The thesis mainly concerns the study of intrinsically regular submanifolds of low codimension in the Heisenberg group H^n, called H-regular surfaces of low codimension, from the point of view of geometric measure theory. We consider an H-regular surface of H^n of codimension k, with k between 1 and n, parametrized by a uniformly intrinsically differentiable map acting between two homogeneous complementary subgroups of H^n, with target subgroup horizontal of dimension k. In particular the considered submanifold is the intrinsic graph of the parametrization. We extend various results of Ambrosio, Serra Cassano and Vittone, available for the case when k = 1. We prove that the uniform intrinsic differentiability of the parametrizing map is equivalent to the existence and continuity of its intrinsic differential, to the local existence of a suitable approximating family of Euclidean regular maps, and, when the domain and the codomain of the map are orthogonal, to the existence and continuity of suitably defined intrinsic partial derivatives of the function. Successively, we present a series of area formulas, proved in collaboration with V. Magnani. They allow to compute the (2n+2−k)-dimensional spherical Hausdorff measure and the (2n+2−k)-dimensional centered Hausdorff measure of the parametrized H-regular surface, with respect to any homogeneous distance fixed on H^n. Furthermore, we focus on (G,M)-regular sets of G, where G and M are two arbitrary Carnot groups. Suitable implicit function theorems ensure the local existence of an intrinsic parametrization of such a set, at any of its points. We prove that it is uniformly intrinsically differentiable. Finally, we prove a coarea-type inequality for a continuously Pansu differentiable function acting between two Carnot groups endowed with homogeneous distances. We assume that the level sets of the function are uniformly lower Ahlfors regular and that the Pansu differential is everywhere surjective.

INFERENCE FOR EIGENVALUES AND EIGENVECTORS OF GAUSSIAN SYMMETRIC MATRICES

This article presents maximum likelihood estimators (MLEs) and log-likelihood ratio (LLR) tests for the eigenvalues and eigenvectors of Gaussian random symmetric matrices of arbitrary dimension, where the observations are independent repeated samples from one or two populations. These inference problems are relevant in the analysis of diffusion tensor imaging data and polarized cosmic background radiation data, where the observations are, respectively, 3 x 3 and 2 x 2 symmetric positive definite matrices. The parameter sets involved in the inference problems for eigenvalues and eigenvectors are subsets of Euclidean space that are either affine subspaces, embedded submanifolds that are invariant under orthogonal transformations or polyhedral convex cones. We show that for a class of sets that includes the ones considered in this paper, the MLEs of the mean parameter do not depend on the covariance parameters if and only if the covariance structure is orthogonally invariant. Closed-form expressions for the MLEs and the associated LLRs are derived for this covariance structure.

Equifocality of a singular Riemannian foliation

A singular foliation on a complete Riemannian manifold M is said to be Riemannian if each geodesic that is perpendicular to a leaf at one point remains perpendicular to every leaf it meets. We prove that the regular leaves are equifocal, i.e., the end point map of a normal foliated vector field has constant rank. This implies that we can reconstruct the singular foliation by taking all parallel submanifolds of a regular leaf with trivial holonomy. In addition, the end point map of a normal foliated vector field on a leaf with trivial holonomy is a covering map. These results generalize previous results of the authors on singular Riemannian foliations with sections.

Éclatement et contraction lagrangiens et applications

Soit (M, ω) une variété symplectique. Nous construisons une version de l’éclatement et de la contraction symplectique, que nous définissons relative à une sous-variété lagrangienne L ⊂ M. En outre, si M admet une involution anti-symplectique ϕ, et que nous éclatons une configuration suffisament symmetrique des plongements de boules, nous démontrons qu’il existe aussi une involution anti-symplectique sur l’éclatement ~M. Nous dérivons ensuite une condition homologique pour les surfaces lagrangiennes réeles L = Fix(ϕ), qui détermine quand la topologie de L change losqu’on contracte une courbe exceptionnelle C dans M. Finalement, on utilise ces constructions afin d’étudier le packing relatif dans (ℂP²,ℝP²).

Structures quantiques de certaines sous-variétés lagrangiennes non-monotones

Soit (M,ω) un variété symplectique fermée et connexe.On considère des sous-variétés lagrangiennes α : L → (M,ω). Si α est monotone, c.- à-d. s’il existe η > 0 tel que ημ = ω, Paul Biran et Octav Conea ont défini une version relative de l’homologie quantique. Dans ce contexte ils ont déformé l’opérateur de bord du complexe de Morse ainsi que le produit d’intersection à l’aide de disques pseudo-holomorphes. On note (QH(L), ∗), l’homologie quantique de L munie du produit quantique. Le principal objectif de cette dissertation est de généraliser leur construction à un classe plus large d’espaces. Plus précisément on considère soit des sous-variétés presque monotone, c.-à-d. α est C1-proche d’un plongement lagrangian monotone ; soit les fibres toriques de variétés toriques Fano. Dans ces cas non nécessairement monotones, QH(L) va dépendre de certains choix, mais cela sera irrelevant pour les applications présentées ici. Dans le cas presque monotone, on s’intéresse principalement à des questions de déplaçabilité, d’uniréglage et d’estimation d’énergie de difféomorphismes hamiltoniens. Enfin nous terminons par une application combinant les deux approches, concernant la dynamique d’un hamiltonien déplaçant toutes les fibres toriques non-monotones dans CPn.

Quelques propriétés des sous-variétés lagrangiennes monotones : Rayon de Gromov et morphisme de Seidel

Cette thèse présente quelques propriétés des sous-variétés lagrangiennes monotones. On résoud d'abord une conjecture de Barraud et Cornea dans le cadre monotone en montrant que le rayon de Gromov relatif à deux lagrangiennes dans la même classe d'isotopie hamiltonienne donne une borne inférieure à la distance de Hofer entre ces deux mêmes lagrangiennes. Le cas non-monotone de cette conjecture reste ouvert encore. On définit toutes les structures nécessaires à l'énoncé et à la preuve de cette conjecture. Deuxièmement, on définit une nouvelle version d'un morphisme de Seidel relatif à l'aide des cobordismes lagrangiens de Biran et Cornea. On montre que cette version est chaîne-homotope aux différentes autres versions apparaissant dans la littérature. Que toutes ces définitions sont équivalentes fait partie du folklore mais n'apparaît pas dans la littérature. On conclut par une conjecture qui identifie un triangle exact obtenu par chirurgie lagrangienne et un autre dû à Seidel et faisant intervenir le twist de Dehn symplectique.

Source spaces and perturbations for cluster complexes

Dans ce travail, nous définissons des objets composés de disques complexes marqués reliés entre eux par des segments de droite munis d’une longueur. Nous construisons deux séries d’espaces de module de ces objets appelés clus- ters, une qui sera dite non symétrique, la version ⊗, et l’autre qui est dite symétrique, la version •. Cette construction permet des choix de perturba- tions pour deux versions correspondantes des trajectoires de Floer introduites par Cornea et Lalonde ([CL]). Ces choix devraient fournir une nouvelle option pour la description géométrique des structures A∞ et L∞ obstruées étudiées par Fukaya, Oh, Ohta et Ono ([FOOO2],[FOOO]) et Cho ([Cho]). Dans le cas où L ⊂ (M, ω) est une sous-variété lagrangienne Pin± mono- tone avec nombre de Maslov ≥ 2, nous définissons une structure d’algèbre A∞ sur les points critiques d’une fonction de Morse générique sur L. Cette struc- ture est présentée comme une extension du complexe des perles de Oh ([Oh]) muni de son produit quantique, plus récemment étudié par Biran et Cornea ([BC]). Plus généralement, nous décrivons une version géométrique d’une catégorie de Fukaya avec seul objet L qui se veut alternative à la description (relative) hamiltonienne de Seidel ([Sei]). Nous vérifions la fonctorialité de notre construction en définissant des espaces de module de clusters occultés qui servent d’espaces sources pour des morphismes de comparaison.

Exact Lagrangian cobordism and pseudo-isotopy

Dans cette thèse, on étudie les propriétés des sous-variétés lagrangiennes dans une variété symplectique en utilisant la relation de cobordisme lagrangien. Plus précisément, on s'intéresse à déterminer les conditions pour lesquelles les cobordismes lagrangiens élémentaires sont en fait triviaux. En utilisant des techniques de l'homologie de Floer et le théorème du s-cobordisme on démontre que, sous certaines hypothèses topologiques, un cobordisme lagrangien exact est une pseudo-isotopie lagrangienne. Ce resultat est une forme faible d'une conjecture due à Biran et Cornea qui stipule qu'un cobordisme lagrangien exact est hamiltonien isotope à une suspension lagrangianenne.

Cobordismes lagrangiens et uniréglage

Ce mémoire traite de la question suivante: est-ce que les cobordismes lagrangiens préservent l'uniréglage? Dans les deux premiers chapitres, on présente en survol la théorie des courbes pseudo-holomorphes nécessaire. On examine d'abord en détail la preuve que les espaces de courbes $ J $-holomorphes simples est une variété de dimension finie. On présente ensuite les résultats nécessaires à la compactification de ces espaces pour arriver à la définition des invariants de Gromov-Witten. Le troisième chapitre traite ensuite de quelques résultats sur la propriété d'uniréglage, ce qu'elle entraine et comment elle peut être démontrée. Le quatrième chapitre est consacré à la définition et la description de l'homologie quantique, en particulier celle des cobordismes lagrangiens, ainsi que sa structure d'anneau et de module qui sont finalement utilisées dans le dernier chapitre pour présenter quelques cas ou la conjecture tient.

On Vessiot's Theory of Partial Differential Equations

The object of research presented here is Vessiot's theory of partial differential equations: for a given differential equation one constructs a distribution both tangential to the differential equation and contained within the contact distribution of the jet bundle. Then within it, one seeks n-dimensional subdistributions which are transversal to the base manifold, the integral distributions. These consist of integral elements, and these again shall be adapted so that they make a subdistribution which closes under the Lie-bracket. This then is called a flat Vessiot connection. Solutions to the differential equation may be regarded as integral manifolds of these distributions. In the first part of the thesis, I give a survey of the present state of the formal theory of partial differential equations: one regards differential equations as fibred submanifolds in a suitable jet bundle and considers formal integrability and the stronger notion of involutivity of differential equations for analyzing their solvability. An arbitrary system may (locally) be represented in reduced Cartan normal form. This leads to a natural description of its geometric symbol. The Vessiot distribution now can be split into the direct sum of the symbol and a horizontal complement (which is not unique). The n-dimensional subdistributions which close under the Lie bracket and are transversal to the base manifold are the sought tangential approximations for the solutions of the differential equation. It is now possible to show their existence by analyzing the structure equations. Vessiot's theory is now based on a rigorous foundation. Furthermore, the relation between Vessiot's approach and the crucial notions of the formal theory (like formal integrability and involutivity of differential equations) is clarified. The possible obstructions to involution of a differential equation are deduced explicitly. In the second part of the thesis it is shown that Vessiot's approach for the construction of the wanted distributions step by step succeeds if, and only if, the given system is involutive. Firstly, an existence theorem for integral distributions is proven. Then an existence theorem for flat Vessiot connections is shown. The differential-geometric structure of the basic systems is analyzed and simplified, as compared to those of other approaches, in particular the structure equations which are considered for the proofs of the existence theorems: here, they are a set of linear equations and an involutive system of differential equations. The definition of integral elements given here links Vessiot theory and the dual Cartan-Kähler theory of exterior systems. The analysis of the structure equations not only yields theoretical insight but also produces an algorithm which can be used to derive the coefficients of the vector fields, which span the integral distributions, explicitly. Therefore implementing the algorithm in the computer algebra system MuPAD now is possible.

Horo-tight spheres in hyperbolic space

We study horo-tight immersions of manifolds into hyperbolic spaces. The main result gives several characterizations of horo-tightness of spheres, answering a question proposed by Cecil and Ryan. For instance, we prove that a sphere is horo-tight if and only if it is tight in the hyperbolic sense. For codimension bigger than one, it follows that horo-tight spheres in hyperbolic space are metric spheres. We also prove that horo-tight hyperspheres are characterized by the property that both of its total absolute horospherical curvatures attend their minimum value. We also introduce the notion of weak horo-tightness: an immersion is weak horo-tight if only one of its total absolute curvature attends its minimum. We prove a characterization theorem for weak horo-tight hyperspheres.

3-manifolds in Euclidean space from a contact viewpoint

We study the geometry of 3-manifolds generically embedded in R(n) by means of the analysis of the singularities of the distance-squared and height functions on them. We describe the local structure of the discriminant (associated to the distribution of asymptotic directions), the ridges and the flat ridges.

TAUT REPRESENTATIONS OF COMPACT SIMPLE LIE GROUPS

The concept of taut submanifold of Euclidean space is due to Carter and West, and can be traced back to the work of Chern and Lashof on immersions with minimal total absolute curvature and the subsequent reformulation of that work by Kuiper in terms of critical point theory. In this paper, we classify the reducible representations of compact simple Lie groups, all of whose orbits are tautly embedded in Euclidean space, with respect to Z(2)-coefficients.

Ruled Weingarten hypersurfaces in Sn+1

In this paper we classify the connected ruled Weingarten hypersurfaces in Sn+1, n >= 3.