A NNALI DELLA
S CUOLA N ORMALE S UPERIORE DI P ISA Classe di Scienze
G IUSEPPE T OMASSINI
Tracce delle funzioni olomorfe sulle sottovarietà analitiche reali d’una varietà complessa
Annali della Scuola Normale Superiore di Pisa, Classe di Scienze 3
esérie, tome 20, n
o1 (1966), p. 31-43
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SULLE SOTTOV ARIETÀ ANALITICHE REALI
D’UNA VARIETÀ COMPLESSA(*)
GIUSEPPE TOMASSINI
Sia
X72
una varietàcomplessa
di dimensionecomplessa n
e XP unasottovarietà analitica
reale,
di dimensione reale p, dellaXn.
Il
problema
che trattiamo èquello
di riconoscerequali
funzioni analiti-che reali
f :
XP -C
sono tracce su XP di funzioni olomorfe in un intorno di XP inXn.
Ad
ogni punto
è associato un intero che rappre- senta la dimensione delpiù piccolo
germe di varietàcomplessa
contenenteil germe di Xr in x.
Noi tratteremo il caso in cui r
(x, Xn)
ècostante, uguale ad r,
suogni componente
connessa della XP.In
questo
caso si riconosce che esiste un germe di varietàcomplessa,
di
dimensione r, lungo X p,
che è la riunione deigermi
locali descritti e che chiameremo lacomplessificata di
Il nostro
problema
èquindi
ricondotto ai dueproblemi seguenti :
inprimo luogo
riconoscerequando
laf
è restrizione di una funzione olomorfa sullacomplessificata
di XP inXn,
in secondoluogo
riconoscerequando
unafunzione
olomorfa,
definita su una sottovarietàcomplessa
V di unaperto
di.Xn ,
è restrizione a V di una funzione olomorfa in un intorno di V inXn.
Per il
primo problema
diamo una condizione necessaria e sufficiente che essenzialmente dice chef
è soluzione della « restrizione » a XP delle equa- zioni differenziali diCauchy-Riemann.
Pervenuto alla Redazione il 27 Apr. 1965 ed in forma definitiva il 9 Set. 1965.
(*) Lavoro eseguito nell’ambito del gruppo di ricerca no 35 del Comitato per la Ma- tematica del C. N. R. nell’anno accademico 1964-65.
Per il secondo
problema possiamo
dare unarisposta
solo in casiparti-
colari e
precisamente
nel caso che~~
sia una varietà diStein,
XP siacompatta
e sia r = p.Questo problema
è stato considerato in casiparticolari
e dalpunto
divista locale da F. SEVERI
[5]
e da G. FUBINI[3].
Ringrazio
A. ANDREOTTI per isuggerimenti
datimi nellapreparazione
del
presente
lavoro.1.
Introduzione.
Sia
Xn (1)
una varietàcomplessa
di dimensionecomplessa n; Xn
è dotatain maniera naturale di una struttura analitica
reale ;
sia XP una sottovarietà analitica reale di dimensione reale p.Sia x un
punto
di ~r ed II un intorno coordinato di x in dove Z1 , 1... sono coordinateolomorfe ;
nelle vicinanze di x, XP ammette equa- zioniparametriche
deltipo
dove t1,
... ,tp
variano in un intorno codell’origine
inRP,
e dove lef
sonofunzioni analitiche reali
delle t,
a valoricomplessi,
tali che il rango dellamatrice
jacobiana
- - -è
uguale
inogni punto
di Xp.Introduciamo
anche,
perogni punto
x =f (t)
diXP,
il rango r(x, Xn)
della matrice
m ,, "I_~ 1 1
Risulta ovviamente che r
(x, Xn)
nondipende
nè dalla scelta delle coor-dinate z nè dalla scelta dei
parametri t,
e si hanno ledisuguaglianze
(1) Le varietà considerate si suppongono paracompatte.
che
sia jp
2r(x,
discende dal fatto che lematrici
11
hanno lo stesso rango in
ogni punto.
Noi ci limiteremo a studiare
quelle
varietà Xp per cui r(x, Xn)
è co-stante su
ogni componente
connessa.2. Primo
teorema d’estensione.
Indichiamo con Oro
(XP)
lospazio
delle funzioni analitichereali,
a valoricomplessi,
definite su XP.TEOREMA 1.
Supponiamo
r(x, Xn)
= n inogni punto
x E XP. C. n. e. s.perchè f
E Oro(XP)
sia restrizione a XPF, olomorfa
in un intornoUdiXP in
Xn,
é claein
ogni _punto
x EXP ,
5 Zl ... , zn essendo coordinateolomorfe
in un intorno dix in Xn .
Inoltre se
Fi
eF2
sono funzioni olomorfe in un intorno di XP inXn
eFi ixp
= alloraF2
in un conveniente intorno di XP inXn.
Premettiamo i
seguenti
lemmi.LEMMA 1. Sia P un
aperto
connesso di Cn e sia XP una sottovarietà analitica reale con r(x, D) =
n inogni punto
x E XP.Ogni funzione olomorfa
in
D,
che si annulla suXP,
è identicamente nulla in D.Dimostrazione. Cominciamo con l’osservazione
seguente :
sia F una fun-zione olomorfa in un intorno connesso Q
dell’origine
in dove Ti’’’’ tnsono coordinate
olomorfe ;
siase = 0 allora .F è identicamente nulla in S~.
Basta osservare che tutte le derivate
parziali
di Fnell’origine
sononulle.
Sia x E XP e zn coordinate olomorfe in un intorno connesso U di x, nel
quale
Xp abbiaequazioni parametriche
za =fa (t1 ,.u, tp),
1
a:~~ n,
con lef
analiticbe reali in un intorno convesso c~pdell’origine
in Rp e
s = f(0). L’ipotesi
dice che il rango di è 7a. Senzascapito
n
di
generalità possiamo
supporre cbe il rango di sia n. Siafi
cOn
laparte
di wr dove = ... =~
= 0. Consideriamo la sottovarietà analitica reale xn diU,
definita dalleequazioni parametriche
0, ... , 0),
1 ç ce Ç n. Basta provare, dato che xn CXP,
@ cheogni
funzione Folomorfa in
U,
nulla suXn,
è identicamente nulla in U.Esistono un intorno connesso
dell’origine
inCn,
dove Ta = ta+
1 a
~ ~,
sono coordinateolomorfe,
e n funzioni olomorfe inS~, g1,
... , 5tali che
D’altra
parte
quindi
a1, ... , Ir,, si possono assumere come coordinate olomorfe in un intorno convenientementepiccolo
U’ di x inXn,
ed avremo cheBasta allora
applicare
l’osservazione fatta alprincipio
per concludere.LEMMA 2. varietà
differenziabile,
Y una sottovarietàdifferenziabile,
K urc
c01npatto
di Y. Dato comunque un intorno IT di K in X esiste un intorrco V di K inX, V C U,
chegode
dellaseguente proprietà :
esiste una retrazione0: Y --~ Y fl T~ tale che per
ogni
sottoinsie1ne connesso A di Y f1v,
a-1(A)
èconnesso. Inoltre se U =
U1
U ... UUz,
dove i è unricoprimento
diK,
ese
z è unricoprimento
di K taleche,
perogni
indicei, Ui ~
èrelativamente
compatto
inU~,
sipuô
a-1 flK)
C ui.Dimostrazione. Mettiamo su .~ una metrica riemanniana
completa
e in-dichiamo con v
( Yy ~ )
il fibrato normale diY ;
sia n : v( Y, X)
- Y laproie-
. zione naturale. Esiste
un’applicazione differenziabile (p :
v(Y, ~’ )
-t- X tale chese so è la sezione nulla di v
(Y, X)
si hai)
wIso
= nIso
ii)
il rango di qJ neipunti
di so èuguale
alla dimensione di X.L’applicazione quella
che associa adogni
vettore À normale a Y nelpunto
y, ilpunto
dellageodetica
uscente da y, nella direzioneA,
a di-stanza da y
uguale
allalunghezza
di Â.Esiste un intorno
aperto
~ di s. inv (Y, X)
taleche 99 applica
TY suun
aperto
di X conun’applicazione
che è un omomorfismo locale. Osservia-mo che
l’applicazione 99
è biunivoca su s,) .La
prima parte
del lemma sarà~ dimostrata se dimostriamo ilseguente
LEMMA 3. Siano
X,
X’ duespazi topologici
esupponiamo
cjae X sia diHausdorff.
Sia A unc01npatto
di X e 99 : X ---> X’un’applicazione
continuache sia un
omeomorfismo
locale.Se cp lA
è biunivoca esiste un intorno U di A in X tale che è unomeomorfismo.
Infatti sia N un intorno
aperto
di g in taleche rp lN
sia unomeomorfismo ; possiamo
supporre N C( U).
Perogni punto x
E So sia e(x)
ilraggio
delpiù grande
disco con centronell’origine,
sulla fibra ~"~(x)
in
v ( Y, X),
contenuto inN ; possiamo poi scegliere
una funzioneLo (x)
perx E so fl
N,
continua(anzi
basta semicontinuasuperiormente),
tale - cheper
ogni x
E ,9~ n N.0 è un
aperto,
è un intornoaperto
di R el’applicazione
di Vsu V n Â. è data da n o
Dimostrazione del lemma 3. Sia Lfla
diagonale
diX’ /
X’ e sia ôl’applica-
zione
diagonale X;
consideriamo il sottoinsieme B - - Õ(X) :
basta provare che B n(A X A)
.--- 0.È
chiaro chepoichè
qA
èbiunivoca ; supponiamo che B
f1(A
xA) #
0 e sia x un suopunto ;
certamente x E ô(A)
onde x =(a,, a)
con a EA ;
d’altraparte
x deve es-sere limite di
punti
Xm =(am , bm)
cona,,, 1 b,,,
E B e lim = lim = a.Ora
questo
èimpossibile perchè
esiste un intorno D di a in X su cuiè
biunivoca ;
y se m è sufficientementegrande
E D equesto
è as-surdo.
L’aperto
X X X - B èdunque
un intornoA ;
per concluderebasta osservare che se un sistema fondamentale d’intorni di A in
X,
è un sistema fondamentale d’intorni di A X A inRimane da dimostrare l’ultima
parte
del lemma 2. Perquesto
bastascegliere
lafunzione (x)
in maniera chel’immagine
del disco concentro
nell’origine,
sulla fibra n-1(x),
sia contenuta innUi.
Osservazione. Se una successione di sottoinsiemi
compatti,
con-0
nessi,
diX, Km
C y~m
è un intorno diKm
inX,
l’intorno diKm
inX di cui al lemma
2,
sipub
supporre che i sottoinsiemi ’ siano connessi.Dimostrazione del teorema 1.
(A)
Non è restrittivo supporre che XP sia connessa.o
Sia
XP = U Km
dove iKm
sonocompatti
di XP e perm
l’ultima osservazione e per il lemma 1 basta provare il fatto
seguente :
dataf E
soddisfacente alle condizionispecificate,
perogni
m esistono unintorno
aperto Um
diKm
inXn
e una funzioneFUm
olomorfa inU’1n
tale cheCiô
posto
il nostroproblema
si riconduce ad unproblema
locale. Infattisupponiamo
che perogni punto x E
XP si possano trovare un intornoaperto U (x)
di x inXn
e una funzione olomorfa inU (x)
tale chescegliamo
unricoprimento
diKm
con intorni deltipo detto ;
siano
U lm, ... , U;;: aperti
connessi tali che perogni indice s, u;m
sia relativamentecompatto
inUn
Costruiamo un intorno di
Km
inXn
come al lemma 2 e siaun
ricoprimento aperto
di Suogni
è definita unafunzione olomorfa tale che se
Su
V,mn vn
le funzioni olomorfeFtm
coincidonoperchè Vfi
nVt è con-
nesso,
xP
npg
fl è pure connesso e suquest’ultimo
sottoinsieme di XPF8
e~’m
coincidono :quindi
la conclusione per il lemma 1.(B)
Bastadunque
risolvere laquestione
nell’ intorno di unpunto Xo
EXP ;
$non è restrittivo
allora
supporre cheX~
sia unaperto
diCn,
La condizione
(2) è
necessariaperchè
se F è una funzione olomorfa inun intorno di Xp in
Xn
eF ixp
=0~
si hada cui
Proviamo la sufficienza
supponendo dapprima jp
‘. n.Abbiamo
già
osservato(cf.
dimostrazione del lemma1)
che si possonoscegliere
coordinate olomorfe t, ~ ... ~ ’rn ~ in un intornoU (xo)
di xo in~~ ~
in maniera che
È
allora chiaro cheogni
funzione analitica reale su ~n fl è restri- zione di una funzione olomorfa in unaperto
contenuto in conte-nente U
(XO).
Procediamo per induzione sull’intero p. Esiste almeno una sottovarietà analitica reale YP-1 di un intorno di xo in
Xn,
di dimensione reale p -1, passante
per xo , tale che r(y, Xn)
== n, perogni y
E non è restrittivo supporre che Yp-1 sia la varietà coordinata diequazione t.
= 0. PostoPer l’induzione ammessa esistono un intorno
U (xo)
di x.in Xn e
una funzioneF,
olomorfa in U(xo),
tale che = g : si deve provareche la funzione analitica reale coincide con
f
in un intornodi xo .
Entrambe le funzioni G ed
f
soddisfano la condizione(2),
cioè un sistemadi
(n 1) equazioni differenziali lineari del I ordine nelle variabili t, n --1 l/
i cui coefficienti sono i minori di ordine n della
matrice a (z) . (t)
Perl’ipotesi
pfatta su
Y2’-i,
in una delleequazioni
il coefficiente della derivatarispetto
a
tp
è non nullo in un intorno di xo ; si avrà in tale intornoD’altra parte
equesto implica
in un intorno ~ di
x. in
-- seguein
ogni punto
di IV. Per induzioneallora,
sempre mediante(3)
e(4),
si ottienein
ogni punto
di W equindi
G =f
in un intorno di xo in XP.L’affermazione finale del teorema è conseguenza immediata del lemma 1.
3.
Costrnziolle
dellacomplessificata.
Prima di passare a trattare il teorema d’estensione nel caso
generale,
abbiamo
bisogno
di introdurre la nozione dicomplessificata
di XP inXn.
TEOREMA 2. Sia r
(x,
= r, constante su XP connessa. Esistono un in- torno U di XP inXn
ed una, sottovarietàc01nplessa Vr
diU,
connessa, di dijnensionecomplessa
r, tale cheii)
se F è unafunzione oloinorfa
in un intorno W inXn
di unpunto
xo E XP e F è nulla in un intorno di Xû in
XP,
allora F è nulla in un intorno di x. inVr.
La o
meglio
il germe diVr lungo XP,
si chiama lacoinplessificata
di XP
2nlYn.
Dinaostrazione del teorema 2. Osserviamo subito che una tale varietà se
esiste è unica in un intorno di XP in
Xn.
Ragionando
come nelpunto (A)
della dimostrazione del teorema 1 si vede che basta provare l’eaistenza dellacomplessificata
nell’intorno inXn
di un
punto
xo E XP . Sipub
allora supporre che.Xn
sia unaperto
connessodi C’z in cui ... , z>i sono coordinate
olomorfe,
e in cui la ~~ abbia equa- zioniparametriche 1 ç a ~,
conle fa
analitiche reali in un intorno connesso cedell’origine
in Ri, e xQ= f (0).
Distinguiamo
i tre casi : r = p, rn,
jp.Nel
primo
caso siha Vr
=Xn (lemma 1).
Sia r = p ; esistono un intorno connesso D
dell’origine
in C’z dove1 Ç ~ ç ~,
sono coordinateolomorfe,
e rc funzioni olomorfeil rango della matrice è
massimo, quindi
leequazioni
Za == Ua
(~i ~
..- ~17p),
1 ce~ ~
definiscono una sottovarietàcomplessa V,
di unintorno ~T di xo in
Xn,
y che è connessa, ha dimensionecomplessa r
e con-tiene Xp fi U. Osservando che ~1, ... , Tp sono coordinate olomorfe su
Ff
segue laproprietà ii).
Sia da ultimo
r n ~ , ~ ~
dalla a sipub
estrarre una matrice(t)
p(che
sipub
supporre formata con leprime r righe)
di rango r su un intorno connesso 8 diXP,
tale che la matriceabbia rango p su 8
(1).
Se n è laproiezione
diCI,
sullospazio
Cr di equa- zioni z,+, = ... = zn =0,
leequazioni zp = fp (fi’"’’ tp), 1 B r,
defini-scono una sottovarietà analitica reale a
(S )
di unintorno N (xo)
di n(xo)
inCr,
@ isomorfa a S.ha rango p > r in xo quindi
un determinante
}
- è non nullo in xo . ]
1
ha ra~ngo r in xo quindi ognuna delle ultime p - r colonne è combinazione delle coniugate delle prime r, donde la conclusione.
Le funzioni ...
f?~
sono definite su n(8)
ein
ogni punto
di ’Jl(8).
Per il teorema 1 esistono un intorno 31 din (S)
inCr ed n - r funzioni olomorfe
in,31,
... , tali che= f r+~ , ···
..., qn
==~ .
Leequazioni Z.
= CfJy(z~ ,
... ,zr), r + 1
ç yn,
definisconouna sottovarietà
complessa Vr,
di un intorno di 8 inXn,
che è connessa, ha dimensionecomplessa r
e contiene S.Sia W un intorno di x. in
Xn
e sia F una funzione olomorfa inW,
nulla in un intorno
8’ C 8
di xo . La funzione espressa da 0= F (zl , ... ,
zr , 9’r+l .u , ed èquindi
olomorfa in un intorno N’ di n(S’) in Cr ; poichè fr+i ~ - - - ~
CPnf,,
epoichè 0,
si ha4S = 0 e
quindi 0 =
= 0 in un intorno di S’ inVr (lemma 1) :
cio prova laproprietà ii).
Consideriamo XP come sottovarietà della sua
complessificata Vr ;
allorapossiamo
ridefinire l’invariante r(x, Vr)
e risulta r(x, Vr)
= r inogni punto
x E
XP ; perciô XP ,
yrispetto
aVr
si trova nelle condizioni delprimo
teoremad’estensione. Possiamo
quindi
enunciare il secondo teorema d’estensione.TEOREMA 3. Sia r
(x, Xn)
constante su XP. C. n. e. s._perchè f
E Cro(XP)
sia restrizione a XP dluita
funzione F, olomorfa
in un intorno U di XP nellaXn,
è chein
ogni punto x
EXP. ,
y z1, .,. , zr essendo coordinateolomorfe
in un intorno dix in Vr .
H. CARTAN
[1]
haintrodotto,
perogni
varietà analiticareale,
la no-zione di varietà
complessificata
astratta : data una varietà analitica realey di dimensione reale p, sia
Y,
una varietàcomplessa,
di dimensionecomplessa
p, e i :Yp un’applicazione
bianalitica reale di X~ su unasottovarietà i(XP)
diY,: supponiamo
inoltre che suYp esistano,
nell’intorno U di un
punto yo E i (Xp),
coordinateolomorfe z1,
... , zp tali cheIn
queste
condizioni la varietàYp
si chiama unacomplessificata
astrattadella varietà XP. Si dimostra
[6]
cheogni
varietà analitica reale ammetteuna
complessificata
astratta ed inoltre che seY,
Y’ sono duecomplessifi-
cate astratte della varietà XP esistono due intorni
U,
tl’ dellaXP ,
consi-derata
rispettivamente
come sottovarietà diYp, Yp ,
ed un isomorfismo q : U --> U’ tale che 99Ixp
è l’identità su XP .Osserviamo che nel caso da noi
considerato, qualora
sia r = p, la com-plessificata
da noi introdotta è unacomplessificata
astratta di XP.La
complessificata
astrattaYp
di una varietà analitica reale XPgode
della
proprietà
che laXP,
come sottovarietà dellaYp ,
ha un sistema fon- damentale d’intorni che sono varietà di Stein[4].
LEMMA. Sia D un
aperto
diCN,
V una sottovarietàcomplessa
di D chesia una varietli di
Stein,
X una sottotarietà analiticareale, compatta,
di V.Siac v = v
(V, D)
ilfibrato
normaleolo1norfo
di Y in laproiezione naturale,
eV,
la sezione nulla di v(V, D). Esistono
un intorno Wdi X in v
( Y, D)
ed unisomorfismo
y di W su un intorno di X in D tale cheDimostrazione. La dimostrazione si trova essenzialmente in
[2];
la ri-portiamo
adottata al nostro caso.Sia
Ty
il fibratotangente
olomorfo di V e sia il fibratotangente
olomorfo di
CN
ristretto a D.CN.
Si ha la successione esatta su V1~ 9
Da
questa
deduciamo la successione esatta :Passando ai fasci dei
germi
di sezioni si ottiene la successione esatta di fasci :Tenendo conto che V è una varietà di
Stein,
dalla successione esatta dicoomologia
si deduce la successione esatta :l’elemento che associa l’omomorfismo identico di v su se stesso. Esiste un elemento h E
F ( V,
Hom(v, Z ~))
taleche j
oh = p.
Tenendo conto risulta dato localmente da una ma-
trice
(p = dim C V)
a elementi funzioni olomorfe su V. Con-sideriamo
l’applicazione y
di v inCN
definita nel modoseguente :
Risulta
intanto y po = ~ 1 Va’
· Dimostriamo che il rangodell’applicazione
y è
uguale
a N inogni punto
di V. Infattisia z.
unpunto
di V ed F la fibra di vpassante
per il rango dih IF
èN - ~ perchè j
o h = 99 : d’altraparte (p
= 0 su Vmentre n BVa
è di rango _pperchè
è un isomorfismo diVo
su V. Esiste
perciô
un intornoW,
diV,
in v taleche 1p 1 Wl
è di rango N.L’applicazione y
èquindi
un isomorfismo locale su W : la tesi del lemma è allora conseguenza del lemma 2.COROLLARIO.
Sia Xn
varietà diStein,
XP una sottovarietà analiticareale, conipatta,
diXn
tale che r(x~ Xn)
= p ircpunto
x E Xp .Ogni fun-
zione
f E
restrizione a XP d’unafunzione olomorfa
in un intorno di XP inXn.
Dimostrazione. Sia U un intorno di XP in
Xn
tale che lacomplessificata t~p
di Xv inXn
si possa realizzare come sottovarietàcomplessa
di U. In virtù diquanto
detto alparagrafo
3 non è restrittivo supporre cheVp
siauna varietà di Stein. Poichè
Xn
è una varietà di Steinpossiamo
anchesupporre che
Xn
sia una sottovarietà diCN.
Il teorema risulta dimostratose dimostriamo che
ogni
funzione olomorfa suVp
è restrizione aVp
d’unafunzione olomorfa su un intorno di
Vp
inCN:
infattigià sappiamo
cheogni
funzione
f E
Oro(XP)
è traccia di una funzione olomorfa in un intorno di .Xp inVp,
intorno chepossiamo
supporre essere una varietà di Stein.Questa
discende dal lemma
precedente
inquanto
esiste un intorno W diVp
inCN
e una retrazione
olomorfa y
di ~ suYp .
Università di Pisa
BIBLIOGRAFIA
[1]
CARTAN (H.). - Variétés analytiques réelles et variétés analytiques complexes, Bull. Soc.math. Fr. t. 85, fasc. 1, 1957.
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DOCQUIER (F.). e GRAUERT (H.). - Levisches Problem und Rungescher Satz fur TeilgebieteSteinscher Mannigfaltigkeiten, Math. Annalen, t. 140, 1960.
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SEVERI (F.) - La geometria delle funzioni analitiche di più variabili, ... Annali di Mat.,serie 4, t. 17, 1937.
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