Rigidité symplectique et EDPs hamiltoniennes

par Jaime Bustillo

Thèse de doctorat en Mathématiques fondamentales

Sous la direction de Claude Viterbo.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Mathématiques Hadamard , en partenariat avec DMA - Département de Mathématiques et Applications (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement opérateur d'inscription) .


  • Résumé

    On étudie les propriétés de rigidité symplectique des difféomorphismes hamiltoniens en dimension finie et en dimension infinie. En dimension finie, les outils principaux qu'on utilise sont les fonctions génératrices et les capacités symplectiques. En dimension infinie on regarde les flots des équations en dérivées partielles (EDPs) hamiltoniennes et, en particulier, les flots qui peuvent être approchés uniformément par des flots hamiltoniens de dimension finie. Dans la première partie de la thèse on étudie les sélecteurs d'action définies à partir des fonctions génératrices et on construit des invariants hamiltoniens pour les sous-ensembles de $R^{2m}times T^*T^k$. Cela nous permet de démontrer un théorème non-squeezing coisotrope pour les difféomorphismes hamiltoniens à support compact de $R^{2n}$. On montre à continuation que cette propriété apparaisse dans certains cas non compacts. Finalement, on explique comment ce résultat donne aussi l'information sur le problème de rigidité symplectique en dimension intermédiaire. Encore en dimension finie, on démontre qu'on peut utiliser le théorème du chameau symplectique pour produire des sous-ensembles invariants compacts dans des surfaces d'energie. Dans la deuxième partie on étudie les propriétés de rigidité symplectique des flots des EDPs hamiltoniennes. On se place dans le contexte introduit par Kuksin et on étudie une classe particulière de EDPs semi-linéaires qui peuvent être approchées par flots hamiltoniens de dimension finie. D'abord on donne une nouvelle construction de capacité symplectique en dimension infinie à partir des capacités de Viterbo. Puis on démontre l'analogue de la rigidité intermédiaire pour certaines EDPs hamiltoniennes. Cette classe inclue l'équation d'ondes en dimension 1 avec une nonlinéarité bornée, comme par exemple l'équation de Sine-Gordon. Dans la dernière partie de la thèse on s'intéresse à un analogue de la conjecture d'Arnold pour l'équation de Schrödinguer périodique avec une non linéarité de convolution.

  • Titre traduit

    Symplectic rigidity and Hamiltonian PDEs


  • Résumé

    We study symplectic rigidity properties in both finite and infinite dimension. In finite dimension, the main tools that we use are generating functions and symplectic capacities. In infinite dimension we study flows of Hamiltonian partial differential equations (PDEs) and, in particular, flows which can be uniformly approximated by finite dimensional Hamiltonian diffeomorphisms. In the first part of this thesis we study the action selectors defined from generating functions and we build Hamiltonian invariants for subsets of $R^{2m}times T^*T^k$. This allows us to prove a coisotropic non-squeezing theorem for compactly supported Hamiltonian diffeomorphisms of $R^{2n}$. We then extend this result to some non-compact settings. Finally we explain how this result can give information about the middle dimensional symplectic rigidity problem. Still in finite dimensions, we show that it is possible to use the symplectic camel theorem to create energy surfaces with compact invariant subsets. In the second part of the thesis we study symplectic rigidity properties of flows of Hamiltonian PDEs. We work in the context introduced by Kuksin and study a particular class of semi-linear Hamiltonian PDEs that can be approximated by finite dimensional Hamiltonian diffeomorphisms. We first give a new construction of an infinite dimensional capacity using Viterbo's capacities. The main result of this part is the proof of the analogue of the middle dimensional rigidity for certain types of Hamiltonian PDEs. These include nonlinear string equations with bounded nonlinearity such as the Sine-Gordon equation. In the final part of this thesis we study an analogue of Arnold's conjecture for the periodic Schrödinger equations with a convolution nonlinearity.