A NNALI DELLA
S CUOLA N ORMALE S UPERIORE DI P ISA Classe di Scienze
X AVIER S AINT R AYMOND
Résultats d’unicité de Cauchy instable dans des situations où la condition de pseudo-convexité dégénère
Annali della Scuola Normale Superiore di Pisa, Classe di Scienze 4
esérie, tome 13, n
o4 (1986), p. 661-687
<http://www.numdam.org/item?id=ASNSP_1986_4_13_4_661_0>
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Cauchy
où la condition de pseudo-convexité dégénère.
XAVIER SAINT RAYMOND
Depuis
une trentained’années,
l’étude de l’unicit6 deCauchy
localepour les
problemes
C°° lineaires a faitl’objet
d’ungrand
nombre de travaux.Un panorama des r6sultats obtenus est
présenté
dans Alinhac[3],
etZuily [15]
en fournit des preuves d’une bonnepartie.
Pour les
operateurs
detype principal,
Hormander[7, chap. 8]
a montr6l’importance
d’unepropri6t6
de convexit6 de la surface 8portant
les donn6es deCauchy,
lapseudo-convexité, qui correspond
ausigne
de cer-taines d6riv6es secondes de
1’equation
de S calcnl6es aux zeros reels etcomplexes
dusymbole principal
p dellop6rateux.
Dans cetravail,
nousavons cherche a
pr6ciser
le role de cette condition depse-udo-convexité, mais,
afin de limiter lacomplexit6
desphénomènes,
nous nous sommescontent6s d’egaminer un cas of l’on sait bien que cette condition ne
depend
que des zeros reels du
symbole principal
p(auxquels
nous associons lesbicaractéristiques correspondantes): lorsque llop6rateur
est du deuxième-ordre
(le premier
ordre est traite dans SaintRaymond [12])
detype principal
réel
(voir
Bahouri[5], Nirenberg [10]
et Alinhac[2] lorsque
ce n’estplus
de
type principal),
etque Za surface
S n’est pascaraotgristique (dans
le cascontraire,
sereporter
a SaintRaymond [11]).
La litterature contient
deja
de nombreux resultats pour cettecat6gorie
de
probl6me. D’abord,
Calder6n[6]
a montrequ’il
y avait unicite en xo E 8 si toutes lesbicaractéristiques passant
par x0 sont transverses a S. H6r- mander[7,
th8.9.1]
a 6tend-a ce r6sultat au cas ou l’ordre de contact desbicaractéristiques
avec S ned6passe
pas2,
enajoutant llhypoth6se qu’aucune bicaractéristique passant
par ro n’est entierementsituée, localement,
dansle futur
(hypothese
depseudo-convexité).
Alinhac[1,
th.2]
acomplete
ce r6sultat en montrant que cette restriction était nécessaire à l’unicite
Pervenuto alla Redazione il 23 Ottobre 1985.
(en supposant toujours
que l’ordre de contact est auplus 6gal
a2). Enfin,
Lerner et Robbiano
[9], puis
Hormander[8,
th.28.4.3] qui
en asimplifi6
les
hypotheses,
ontprouve
unepropriété
d’unicit6compacte
sans aucunerestriction sur l’ordre de contact des
bicaracteristiques
ensupposant
que, dans tout unvoisinage
de xo, aucunebicaractéristique
d’ordre de contactégal
a 2 n’est entierement contenue dans le futur(pour
lesconsequences goométriques
de ceshypotheses,
voir le Corollaire 2.7.ci-dessous).
Tous les r6sultats
precedents possedent
lapropriété
de stabilité suivante :lorsque
leshypotheses
sont v6rifi6es en xo, elles le sont aussi en toutpoint
.x suffisamment
proche
de xo sur 8 et donc il y a unicit66galement
en cespoints-la. Ici,
nous abordons des situationsqui
nepossedent plus
cettepropriété
de stabilité. Dans unpremier
th6or6me(th6or6me 2.1)
nous 4tablissons Ilunicit6 en unpoint
ro de la fronti6re d’un domaine’où S
estpseudo-convexe.
Nous relions ensuite leshypotheses
de cetheoreme
ala
position
parrapport
à S desbicaractéristiques passant
par xo : nousmontrons
qu’aucune
d’entre elles n’est alors enti6rementsitu6e, localement,
dans le futur.
Enfin,
nous prouvons(au
th6or6me2.9)
que cette dernierepropriété
est n6cessaire a llunicit6 memelorsque
l’ordre de contact est strictementsuperieur
a 2.Les m6thodes que nous utilisons ici nous ont 6t6
inspir6es
par celles introduites par Hormander[7,
th. 5.2.1 & th.5.3.2] puis developpees
par.Zachmanoglou [13]
&[14]
pour 6tudier lesproblemes analytiques.
Ainsinous d6montrons le th6or6me d’unicité par une
technique
de deformation de surfacequi
se combine avec le théorème d’unicit6 de H6rmander([7,
th.8.9.1],
cf. th. 1.1ci-dessous) ;
de 1’autreedt6,
nous d6dulsons notrethéorème de non-unicite de celui d’Alinhac & Baouendi
([4,
th.2],
cf. th. 1.4-ci-dessous) apres
construction dephases.
1. -
Hypotheses.
Notations. Resultats antérieurs.1.1.
Hypothèses générales
surl’opérateur
P et lasurface
S.Soient
un
opérateur différentiel
linéaire du deuxième ordre ou les fonctions a«sont 000 à valeurs
complexes
auvoisinage
de $0. Nousnoterons p
lesymbole
principal
de cetopérateur qui
est la fonction d6finie surT*R"BO
par laformule:
Nous supposerons tout au
long
de cepapier
quellop6rateur
P est detype principal riel,
c’est-à-dire quep est 4
valeurs r6elles et que 0 surT*
R"BO.
Considerons
maintenant unehypersurface
orientee deRn, S, passant
par x,; nous supposerons que cette
hypersurface 8
n’est pascaractéristique
en xo, c’est-a-dire que si
q(r)
= 0 en est une6quation, où rp
est une fonc-tion C°° a valeurs r6elles telle que
q(ro)
= 0 etdrp(xo)
:A0,
Avec ces
hypotheses
nous nous int6ressons a l’unicité des solutions auprobleme
deCauchy
avec donneessur S,
cequi
se ram6neclassiquement
par lin6arit6 a la
question: est-ce-que
et pour
au
voisinage
de xoimpliquent
que u est nulle auvoisinage
dexo?
Signalons
des maintenant que dans les differents th6or6mes que nous montrons ici ceshypotheses gånérales peuvent
etre affaiblies. Ainsi:(i)
au th6or6me 2.1 et au corollaire2.4,
nous pouvonsremplacer
la condition« aa E
Ooo(Rn) )
par « aac-.L-(Rn) ))
pourloci I 2; (ii)
au corollaire 2.12 et dans tous les r6sultats duparagraphe 5,
nous pouvonsremplacer
leshypo-
th6ses « P d’ordre 2 et S non
caracteristique »
par « d’ordre m e N etHg’ , p =A 0
surCar,(S, xo) )) (pour
lesnotations,
voir leparagraphe suivant);
(iii) enfin,
dans le th6or6me2.9,
nous pouvonsremplacer
leshypotheses
« P d’ordre 2 et de
type principal))
par « P d’ordre m c- N etd4p(zo , Eo)
=;6 0 »;on
peut
aussi ysupprimer llhypoth6se
« S noncaractéristique )
a conditionde
perturber Ilop6rateur
a l’ordre m -1 dans la conclusion(cf.
H6rman-der
[7,
th.8.9.4]
et SaintRaymond [11, §.II]).
1.2. Ordre de contact avee S des
bicaractéristiques.
Pour toute
fonction q appartenant
a l’anneau des fonctions C°° a valeura reelles d8finies surT* RnBO,
noteC-(T* R"BO),
lechamp
hamiltoniende q
est donne par la formule
Ainsi,
a lafonction q
d8finissant S(considérée
comme fonction surT*R"B0
en
posant rp(x, $)
=97(x)), correspond
lechamp - qJae(x). 8j ;
la condition(1.1) peut
alors etre r66crite sous la formepuisque
la fonctionH,,p(x, )
nedepend plus
de$.
Pour
k c- N U {-}
notonsXk(S)
llid6al deC-(T* RIBO) engendre
par lesfonctions p
etH; rp
pour0 i k.
La formulemontre que cet ideal ne
depend
pas de lafonction T
mais seulement del’hypersurface
8. Notons encoreCar§(S) (c T*R"B0)
l’ensemble des zeros deJe,’(S), puis
En un
point
deCar:(S),
lesigne
de laquantité H:rp
ned6pend
que del’hypersurface
orient6e 8 car(1.3)
montre que mod.Pour j EN,
il est clair queCarg+’(S)
cCarg(X),
et on noteraCar§
lavariété
caractéristique Car,’(8)
=p-1(o) qui
estind6pendante
de S. Lechamp Hp
esttangent
aCar,,
et onappelle bicaractéristiques
les courbesintégrales
deHfJ
dessin6es surCar,.
CommeHJT represente
laj-eme
d6riv6e de la
fonction 99
lelong
de labicaractéristique,
il est clair que si(xo, Eo) E ear:(S)"ear:+l(S),
laprojection
sur la base de labicaractéristique
issue de
(xo, Eo) p09sède
un contact d’ordre k exactement avecl’hyper-
surface S.
’Cark(S) repr6sente
donc l’ensemble desbicaractéristiques
dontl’ordre de contact avec est au moins
6gal
a k.1.3. Résultats
classigues.
Les deux r6sultats
classiques
concernant leprobleme
que nous etu- dions ici sont les suivants:THÉORÈME
I.1(H6rmander [7,
th.8.9.1]). Supposons
queH;q;
0 surCar,’ (S, x,). Alors
toutefonction
A vateurscomplexes
u EH:oc(Rn) vérifiant
auvoisinage
de xoet pour
8’annule au
voisinage
de Xo.THÉORÈME
1.2(Alinhac [1,
th.2]). Supposons qulil
existe(xo, Eo)
EE
Car,’(S, xo)
tel queH;q;(xo, Eo)
> 0. Alors it existe deuxfonctions
000 àvaleurs
complexes
u et avérifiant
auvoisinage
de x,,et supp c supp
DÉFINITION 1.3. La condition
H;rp
0 surCar,(8, xo)
a 6tg introduitedans un cadre
plus gingral
par Hörmander[7, chap. 8]; lorsqu’elle
estvérifiée,
on dit que
l’hypersurface
S estpseudo-convexe
en Xo.Avec ces deux
résultats, qui règlent
laquestion
si&1’:(8, xo)
=0,
nousen citons un troisi6me
qui
nous servira auparagraphe
4(cf.
aussi Hörman- der[7,
th.8.9.4]):
THÉORÈME 1.4
(Alinhac
& Baouendi[4,
th.2]). Supposons qu’il
existedeux
fonctions
C°° à valeursréelles ø
et’JI définies
auvoisinage
de xo telles que:et
Alors il existe deux
fonctions
C°° à valeurscomplexes
u et avérifiant
au voisi-nage de xo
et supp a c supp
COMMENTAIRE 1.5. Afin de comparer ce th6or6me avec les
précédents,
supposons que
Yf(x)
=Y(ro) + ip(x) auquel
cas(iii) équivaut
à(1.1) ;
alorsles conditions
( i )
et(ii)
entrainent que( xo , dO(xo)) Eear:(S, x,,),
etmgme
que la
bicaractéristique
issue de cepoint
reste dans S.2. - Enonci des résultats.
2.1. Le théorème d’unicité.
THÉORÈME 2.1.
Supposons qu’il
existe auvoisinage
de xo unef onction
000à valeurs
réelles 1p
telle que:(i)
pour toutpoint (xo, $o)
Eear;(S, xo),
il existek c- N,
c > 0 et unvoisinage
de(xo, $0)
surlequel :
(ii) HJJ 1p =1= 0
surCar,(S, xo).
Alors toute
fonction à
valeurscomplexes u
Ev6riliant
auvoisinage
de xo
et s’annule au
voisinage
de xo .COMMENTAIRES 2.2.
L’hypothèse (i) signifie qu’on
supposeque S
estpseudo-convexe
dans le domaine1p(x)
>1p(xo)
au bordduquel
se trouve xo;en realite cette
hypothese
est un peuplus
fortepuisqu’elle
r6clame aussiun contr6le de
H,’op
en fonction de la distance au bord.Llhypoth6se (ii) signifie
que lesbicaractéristiques ayant
un contact strictementsup6rieur
a 2 sont
obligatoirement
transverses au bord du domaineip(x)
>1jJ(xo).
L’exemple
suivant montre que si leshypotheses
du theoreme sont vérifiéesen xo, elles ne le sont pas n6cessairement en tout
point
voisin de xo(insta- bilite) .
EXEMPLE 2.3. Soient x =
(t,
yi,Y2)
lespoints
deR3,
ro =(0, 0, 0), (P(X)
= t etP (t,
Yl I Y2; i, ’Y}t,’Y}2) T2+
’Y}l ’Y}2+ t?ll 2 + tyl-1?12 2
où k ENB{O, 1}.
On calcule que
et
si k >
2, Car,(8, xo)
=ø
si k = 2. Leshypotheses
du th6or6me, 1.1 sontdonc vérifiées avec
y(r)
= y,. Dans cetexemple, ear;(S, xo) possède
deuxelements
(aux 6quivalences projectives pres)
dont l’un fournit une bicarac-t6ristique
d’ordre de contact 2tangente
aubord,
et l’autre fournit unebicaractéristique
d’ordre de contact k transverse aubord;
on remarqueraen outre que si k est
impair,
le th6or6me de non-unicit6 d’Alinhac(th.
1.2ci-dessus) peut s’appliquer
enn’importe quel point x
voisin de ro sur 8 tel queV(x) ip(xo),
cequi
illustre bien l’instabilité du th6or6me 2.1.Lorsqu’il n’y
a pas debicaracteristique
d’ordre de contact strictementsup6rieur
a3,
il suffit de verifier que S estpseudo-convexe
dans un domaineV(x)
>V(x,).
Precisement:COROLLAIRE 2.4.
Supposons
queCar§(8, xo)
=ø
etqu’il
existe auvoisinage
de xo une
fonction
000 à valeursréelles 1fJ
telle que(dqJ/Bd1fJ)(0153o)
=;6 0 etH;rpO
sur
Car;(S, x)
pour tout x voisin de xo tel quelp(x)
>’lJ’(xo). Alors,
mgmeconclusion
qu’au
théorème 2.1.2.2.
Consequences geometriques
deshypothèses
du théorème 2.1.11 est intéressant de relier les
hypoth6ses
du th6or6me2.1,
a laposition (par rapport
à,S)
desbicaractéristiques
dont laprojection
sur la base passepar xo.
PROPOSITION 2.5. Sous les
hypothèses
du théorème2.1,
toutes les bicarac-teristiques
dont laprojection
sur la base passe par xopossèdent
au moins unebranche localement contenue dans
{(x, $)
ECar:: rp(x) 0} (demi-espace
dupassé) .
On
pourrait
démontrer directement cetteproposition
enprécisant
lesarguments
donn6s auparagraphe
5.4.Ici,
nous la déduirons de laproposi-
tion suivante
qui
estplus
délicate a obtenir :PROPOSITION 2.6.
Supposons qu’il
existe auvoisinage
de xo unef onc-
tion C°° à vateurs
réelles 11’
telle queH§q
0 surCar,(8, x)
pour tout x voisinde xo tel que
lp(x)
>lp(xo).
Alors pour tout(xo, $o)
ECar:(S, xo),
il exsiste so > 0 tel quepour
La
proposition
2.6 fournit en outre l’énoncé suivant:COROLLAIRE 2.7.
Supposons
queH,pO
surCar:(S) au voisinage de
xo .Alors toutes les
bicaraotgristiques
issues despoints
deCar,(8, xo)
sont locale-ment contenues dans
((r, $)
ECar,: q(r) 0}.
COMMENTAIRES 2.8. Ce
corollaire,
dont unepremiere
version avait 6t6 d6montr6e par Lerner & Robbiano[9, 1, 2.2.1]
conduit notammentaux deux constatations suivantes:
(i)
dans le th6or6me d’unicitécompacte
de H6rmander
[8,
th.28.4.3],
leshypotheses impliquent
que toutes lesbicaracteristiques
dont laprojection
sur la base passe par x,plongent
dansle domaine ou on suppose que u est
nulle; (ii) chaque
foisqu’une
bicarac-t6ristique
issue d’unpoint
deear:(S, xo)
n’est pasentierement
contenue dans le domainecp(x) c 0 (par exemple lorsque
son ordre de contact estimpair
etsup6rieur
42),
onpeut
trouver despoints
x arbitrairementproches
de xo et des
points (x, )
ECar,(8, x)
tels queH;q;(x, $)
>0,
ou 1’onpeut
donc
appliquer
le th6or6me de non-unicit6 d’Alinhac(th.
1.2ci-dessus) ;
ceci
prolonge
la remarque sur l’instabilité que nous avions faite a propos del’exemple
2.3lorsque k
estimpair.
2.3. Le
théorème
de non-unicité.D’après
laproposition
2.5 et Ie commentaire 2.8(i),
tous les resultatsd’unicité connus dans notre contexte
supposent
que lesbicaracteristiques plongent
dans Ie domaine of u estsupposée
nulle.Lorsque
ce n’estplus
le cas, on
peut
démontrer Ie théorème suivant :THÉORÈME 2.9.
Supposons qu’il
existe un en tier k > 0 et unpoint (xo, $o)
Ee
ear;k(S)
tel queH=krp(xo, $o)
>0,
etajoutons les
deuxhypotheses
suivantes :Alors il existe deux
fonctions
Coo à valeurscomplexes
u et avérifiant
auvoisinage
de xo
et supp a c supp u .
COMMENTAIRES 2.10.
(i)
on notera que noshypotheses
neportent
quesur les valeurs en
(xo, $o)
des d6riv6es de p etde rp
sans aucunehypothese
au
voisinage; (ii)
pour les cas où ondispose
d’unebicaracteristique
d’ordrede contact
infini,
il y a un r6sultat de Bahouri([5,
th.2.1]) qui prolonge
le th6or6me d’Alinhac & Baouendi
(th.
1.4ci-dessus).
EXEMPLE 2.11. Soient x =
( t,
y1 ,y2 )
le spoints
deR3,
XI =(0, 0, 0), tp(x)
=t, P(t,
Yll Y2; TY ’Yjl,’Yj2)
= T2+
’Yjl’Yj2+ trf
-’ty2ll-2 lq2
où k ENB{Ol,
et$o
=(0, 0, 1 ) .
On calcule quepuis pour
Il en resulte que
(ro , o ) E Car;k(S, xo )
et que .Les autres
hypotheses
du th6or6me 2.9 sontégalement
vérifiées car:(i) d’après
les formulespr6c6dentes,
a )
pourb )
pour(ii)
pour et donc pouril suffit alors d’écrire
Dans
[1] (cf.
th. 1.2ci-dessus),
Alinhac avait montre quelorsque
=1,
il suffit de supposer et pour obtenir
le r6sultat. C’est
6galement
vrai si k = 2:COROLLAIRE 2.12.
Supposons qu’il
existe unpoint
tel que Alors même conclusion
qu’au
théorème 2.9.3. - Démonstration des risultats d’uniciti.
3.1.
Principe
de ladéformation
desurface.
LEMME 3.1.
Supposons qu’il
existe un ouvert Q deRn,
Xo ES2,
et unef onction
qi EC°’(Q)
à valcurg réelles telle quedrpl
=F 0 dans S2 etest
compact;
8U1.
Alors toute
f onction
a vccleurscomplexes
u EHl’ ,,(Q) vérifiant P(r, D) u(x)
= 0dans- Q et
u(x)
= 0 dans{0153 E Q: T(x) 0}
s’annule auvoisinage
de Xo.DEMONSTRATION. Soit k =
{x
E supp u :opl(x) C}>l(XO)};
comme supp uc {x c-,Q: (p(x) > 0},
on a k c K et k estcompact grace
a(i).
Raisonnons par 1’absurde : supposons que ro e supp u ; alors
x,, c- k =/= 0,
et la fonction qJl atteint son minimum sur k en un
point xl E k (c K) -
Ona donc
par definitions de k et de xl: Or supp
grace
4(3.3);
deplus, grace
4(3.2)
et allhypoth6se (ii)
dulemme, l’hyper-
surface orientée
{x
E Q:p,(x)
=tpl(Xl)}
estpseudo-convexe
en x,, : on nepeut
donc avoir(3.1)
4 cause du th6or6me d’unicite de Hormander(th.
1.1ci-dessus).
3. 2. Demonstration du théorème 2.1 : choix de la
déformation
etcompacité.
Nous allons maintenant d6montrer le th6or6me 2.1 en nous ramenant a la situation d6crite
ci-dessus ;
lepresent paragraphe
est consaer6 au choixde la deformation rpl et 4 la verification de
llhypoth6se (i)
du lemme3.1;
la
demonstration
du th6or6me sera ensuitecompl6t6e
auparagraphes
3.3& 3.4.
Plaçons-nous
dans leshypotheses
du th6or6me 2.1 et remarquons que siCar,3(8, x.) = 0, I’hypoth6se (i)
entraine queH:rp 0
surCar§(S, xo),
et
il n’y
a doncplus
rien a d6montrerpuisque
ce sont 14 leshypotheses
duth6or6me 1.1. Nous pouvons donc supposer que
Car:(S, xo) =F ø
etd’apr6s
l’hypothèse (ii),
il existe donc unpoint (xo, $0)
ouHf’rp
= 0 etH, V 0 0;
cela nous
permet
d’unepart
de conclure que(dip A d1p)(xo) =/:= 0 et
d’autrepart
d’utiliser les r6sultats du lemme 5.2 dont la demonstration sera doiin6eau
paragraphe 5.1.
Choisissons comme coordonnees locales sur Rn: xn =
rp(x),
Xn-l =1p(x)
-
1p(xo),
etcomplétons
avec x’ =(xl,
...,Xn-2). Si q
est unvoisinage compact
de xo dans R" ou tout est d6fini et ou on
peut appliquer
les r6sultats dulemme
5.2,
posonsQ
={(x, $)
ECar,:
x c q et1$12
=1}
avec1$12 = $." +
...+ $f.
En utilisantllhypoth6se (i)
duthéorème
2.1 et lacompacit6
deCar,2(S, xa)
r1Q,
on a, avec des constantes k ENBfO} et co
>0,
une estima-tion
(uniforme)
sur
pourvu que 1’on ait
choisi q
assezpetit.
Si nous notonsC,,
=sup IHVI,
notre
deformation
de surface sera d6finie par la formuleou le
r6el s
> 0 reste Achoiiir.
Soit
f :
R - R la fonction définie par la formulecette fonction v6rifie
et
il existe done trois reels
a, fl et y
tels que(X 0 p ï’
etnous posons alors:
et et
et
D’apres (3.5),
D’après (3.6),
on a doncKt
c{0153
EDe:
Xn-l E[0, fJe]}, puis
on montre dememe que pour
XEKt, IX’I«fJ+fJ2/2)iei
et0Xn«fJ+fJ2/2)ek+2.
Ilexiste alors clairement un e, > 0 tel que
et Ke est
compact
dansQe.
3.3. Démonstration du théorème 2.1 :
propri6t6
depseudo-convexité.
LEMME 3.2. Sous les
hypothèses
du théorème 2.1 et avec les notationsprécédentes,
il existe 81 E]0, eo[
tel que pour tout 8 E]0, 81[, H:({Je
0 sur{(0153, E)
EQ :
x E.KE
etHp qe(T, $)
=0}.
DÉMONSTRATION. Comme toutes les fonctions ne
dépendant
que de p, de (p etde 1p envisag6es
ici sont continues sur lecompact Q,
les di:fférentes constantesOJ apparaissant
ci-dessous endésigneront
des bornes(indépen-
dantes de s et de
(x, E)
EQ).
Les
hypotheses (i)
et(ii)
du théorème 2.1 entrainent queH:q; 0
surCalr;(S, xo)
n((r, $) E Q : Hfj1p(x,)
=0},
et donc il existe c1 > 0 telle queH:q; - 2c1
sur cecompact, puis
il en existe unvoisinage
ouvert U tel queH:rp- Cl
dansUn Q.
Si nous posonsinf max,
6 > 0 par ccntunute des fonctions considérées et definition de
U,
et on aet :
Comme la for mule
(3.5)
donneLa
première
de ces deux formules prouve que pour(x, ) E Q
et xc K,,
et nous avons donc un 82 > 0 ne
dependant
quel de p,de q
etde 1p
tel que(3.10) VeE]0,e2[, Ix-xolð
etIH"qJe-H"qJlð
pour(z, $) G Q
etxEKe.
Dans la
suite,
nous supposerons que0~mm{soyC2}.
Soit maintenant un
point (z, $) G Q
tel que0153 E Ke
etH"qJe(0153,) = o.
Nous
distinguerons
deux cas:a)
Si[H y(z, $) [ 3,
alorsgrâce
à(3.10)
et à(3.8),
on aH§q(z, $)
C- ci
d’où, d’après (3.9),
Il existe donc un e3 > 0 ne
dependant
que de c1 et deO2 (i. e.
que de p, de rp et de1p)
tel queH; CPe(0153, $)
-e,/2
pourvu que 0 E e3 .b)
SiIH, V(x, $)] > b,
la formule(3.9)
donneComme
(X, $)
est ici tel que etnous pouvons,
grace
au lemme5.2,
trouver unpoint
tel que
et
nous pouvons alors
appliquer
l’estimation(3.4)
aupoint (y,1]) qui
vérifiece
qui
donnefinalement
qui
est le r6sultat cherché pourvuqu’on
choisisse E8.
=ð2/05 .
Nous obtenons done le lemme 3.2 en
prenant
s,, = min(eo ,
82,E3, e,) .
3.4. Démonstration du théorème 2.1 : choix de s.
Soit u E
H;oc(Rn)
une fonction telle que, auvoisinage de xo
et pour
Il existe alors un 8. > 0 tel que ces
proprietes
aient lieu dans l’ouvertQe
des que 8 Eu. Si donc nous choisissons s== ! min {El’ Eu},
nous pouvonsappliquer
lelemme
3.1 avec Q =De
et gil = rpEpuisque
lacompacité
estassuree par
(3.7)
et lapseudo-convexité
par le lemme 3.2. La d6monstra- tion du th6or6me est donccomplete.
3.5. Dgnwnstration du corollaire 2.4.
Quitte
aremplacer V(x)
par1p(x) - V(x,),
nous pouvons supposer queV(x,,)
= 0.D’après
le th6or6me2.1,
et comme leshypotheses
du corollaire 2.4 entrainent queH,’ (p 0
surCar,(8, x,,),
il nous suffit d’établir que pour tout(xo, $o) G ear:(S, xo) : (i) Hp 1p(xo, $o)
=1=0; (ii)
il existe une constantec > 0 telle que dans un
voisinage
de(xo , $o) ,
et Soit donc un
point
(i) Supposons
queHp 1p(xo, $o)
= o. Comme p est detype principal,
onpourra trouver une autre fonction 1p2 telle que
V,(x,)
= 0 etHfJ 1p2(XO, $o)
= 1.Alors
(dq A dy
AdV,)(x,,) 0
0puisque
parhypothese (drp
AdV)(x,,) 0
0et que
H1Jrp
=HfJ1p
= 0 0H1J1p2
en(xo, $o) . D’après
le lemme 5.1(pro-
pri6t6 (5.2)),
nous pouvons donc utiliser rp,Hp, V
et 1p2 comme coordon-n6es sur
ear: pres
de(xo, $,,).
Plusprécisément,
nous choisirons des co-ordonnees
(t,
y,z)
E R x R2n-4 x R2 d6finies de lafagon
suivante : commeH1J ’ljJ2(XO, $o) # 0,
ilexiste,
pour tout(x, $)
dans unvoisinage,
ununique
réel t tel que
comme
H, V2 (XO I 0) = 11
cette f ormule nous assure queV2 - t
et queH’J) t == 1;
nous prenons ensuite y, = y, zi = rp, Z2 =H,99,
et nouscompl6-
tons ce
systeme
de coordonnées par des fonctions Y2,..., ’Y2n-4 choisies arbitrairement sur{t
=0}, puis prolong6es
auvoisinage
avec la condi-tion
.Hp
y j ._--_ 0.Par ce choix de
coordonnées,
on aear:(S)
={(t,
y,z)
ECar,: z
=0}
et
w(s)
= exp[sHp] (xo, $o)
_(s; V[co (s) 1, 0,
...,o; ip[(o (s) ], H, 99[w (s) ]).
Gracea une formule de
Taylor,
onpeut
donc 6crired’ou en derivant : Le théorème des fonc-
tions
implicites
donne doncou
c(o, 0)
= c, =A 0 eta(o)
= 0. Si donc nous posons We =(co
8;e2, 0,
...,0 ; 0, 0),
os tend vers(xo, $o) quand
e tend vers0,
etmais
pourvu que E > 0 soit assez
petit,
cequi
contreditllhypoth6se
du corol-laire 2.4.
(ii)
Maintenant que nous savons queHfJ1p(xo, o)
=Â ¥= 0,
nous repre-nons la construction de coordonn6es locales donn6c ci-dessus avec des
modifications
évidentes defaçon
a obtenirpour et
Par Ie mgme raisonnement que
ci-dessus,
on etablit la formule(3.11);
llhypoth6se
du corollaire 2.4 nous assure que pourAt> 0, H:qJ(t,
y,0)0,
d’of on
tire,
enremplagant y
par 0puis t
par0,
quecofl
0puis
que,e, a (y) 0,
cequi
donne finalement que pourÄt>O,
comme et que cela
signifie
qued’of le corollaire 2.4.
4. - Demonstration des risultats de non-unicite.
Le theoreme 2.9 s’obtient par
application
directe du th6or6me 2 de Alinhac &Baouendi [4] (th.
1.4ci-dessus) ;
il reste toutefois a construire lesphases 0
et tppermettant
d’utiliser ce resultat.4.1. Démonstration du théorème 2.9 : construction de la
phase
0.LEMME 4.1. Sous les
hypothèses
du théorème2.9,
il existe uneapplica-
tion linéaire
sym6trique
telle queDÉMONSTRATION. Choisissons sur Rn des coordonnées locales
(x’, x", xR)
avec x’ =
(Xl’
...,Xr-l),
x" =(air,
...,ain-l)
et xn =q(z)
telles quedeP(xo, Eo)
= d$n_i
ets’il existe
tel que ou
si
Puis nous choisissons des
elements q, eXk,(S)
pourr j n (cas
no.1)
our j
n(cas
no.2)
tels que qn-l = p etnous posons alors pour
r j n (ou r j n
suivant lecas)
pour et de
plus,
si nous sommes dans le cas no.2,
Les
quantit6s F,,,
etFz,;
ne sontsimultanement
définies que pourr j n
et
r l n,
et on a alorsd’apres (4.3)
et(4.4)
d’of
F,,,
=P,,; grace
al’hypothèse (i)
du th6or6me2.9;
nous pouvons donccompléter
le tableau desFj,Z
en unen:iatrice symétrique,
et nousdefinissons
l’application
linéaire F par la formulenous obtenons alors en utilisant
(4.3)
et(4.4)
que pourrjn (ou r j
nsilivant le
cas)
pour :
Le même
calcul, pour j
= n - 1 et 1 = n donneou
et cette derniere
expression
est nullepuisque H"qn E X:+l(S)
et que(xo, $o) G Car£(S) c Car’ll(S);
avec lesequations (4.6),
cela nous donnedonc
(4.1).
Enfin,
si q EK£(S),
il existegrace
à notre choix des q; des coefficientsX,
E R tels queet on calcule alors
qu’en (xo, Eo)
d’apres (4.6), puis
(Ton
(4.2) grace
a(4.7)
et allhypoth6se (ii)
du théorème 2.9.LEMME 4.2. Sous les
hypothèses
du théorème2.9,
il existe auvoisinage
de ltlo une
fonction 0
de classe C°° à valeurs réelles telle queet
pres
de xo ;où on a
P086
DEMONSTRATION. En
reprenant
les notations de la demonstrationprécédente,
nous posons$o
=($i,
...,$n) puis
Par un th6or6me
classique (cf.
Hormander[7,
th.1.8.2])
nous pouvons6tendre cette fonction en une solution de
(4.8)
cardep(0153o, Eo)
=dEn-l
(cf. (4.3)).
En d6rivant(4.10) lorsque j
et I sont différents den -1,
eten d6rivant
(4.8)
et encomparant
avec(4.1)
dans les autres cas, on ob- tient quelpour
ce
qui
entraine que pourd’ou
(4.9) grace
a(4.2).
4.2. Démonstration du théorème 2.9 : construction de la
phase
P.LEMME 4.3. Soient ø une solution 000 de
I’£quation p(x, dØ(0153)) = 0
et X =
pç(0153, dØ(0153)). oae
lechamp
detransport correspondant ;
alors pour toutefonction
ip EC-(RII)
et toutentier j c N, Xilp(0153)
=HJ lp(0153, dØ(0153)).
DÉMONSTRATION. Par récurrence.
Pour j
= 0 ou1,
c’est bienclair;
puis
où l’on a utilisé que
pç(0153, dØ(0153)) . øa:z(0153) = - pa:(0153, dØ(0153)),
r6sultatqui
s’obtient en dérivant
1’equation p(x, dØ(0153)) =
0.D’après
le th6or6me 2 de .Alinhac & Baouendi[4] (th.
1.4ci-dessus),
le th6or6me 2.9 r6sulte maintenant du:
LEMME 4.4. Sous les
hypothèses
duthéorème 2.9,
il existe deuxf onctions
Coo à valeurs réelles 0 et P
définies
auvoisinage
de xo etpossedant
les pro-priétés
suivantes :DAmoNSTRATION. Comme fonction
0,
nous prenons cellequi
nous estfournie par le lemme 4.2. La
propriété (4.8)
entraine lapropriété (4.11),
et aussi que
X #
0 etXq(zo)
= 0. Nous pouvons donc trouver des coor-donn6es locales
(x’,
Xn-l,xn),
avec x’ =(xl,
...,Xn-2), qui
redressent lechamp
JT enet telles que xo =
(0, 0, 0)
etdcp(xo)
=dXn.
Grâce au th6or6me des fonc-tions
implicites, S poss6de
uneequation
de la formeqi(z)
= 0 avecCPl(X’,
X--ixn)
= Xn+ CPo (x’ , Xn-l)
où po est une fonction 000 à, valeurs r6elles telle quepo(O, 0)
= 0 etd(p,(O, 0)
= 0. Leshypotheses
du th6or6me6tant invariantes par
changement d’équation
deS,
nous pouvons supposer quec’est 99
elle-memequi
s’écrit ainsi. Und6veloppement
deTaylor
en x’nous donne done
of
Utilisons maintenant
llhypoth6se: (xo, $o)
Eear;k(S)
etH;krp(xo, $o)
>0;
avec
(4.8),
le lemme 4.3 et(4.14),
cela entraine quea!-,(P(O, 0, 0)
= 0 pour0 j 2k et 0, 0) = 2c > 0;
il en r6sulte que pourIx,,-,,
suffi-samment
petit
puis, toujours d’apres
Ie lemme 4.3 et(4.14), a-l p(0153)
=qi(0153, dØ(0153))
pourdes fonctions
q; E:re:(S)
pourvu que01 k; grâce
à(4.9),
nous obtenonsainsi que
3-i(0, 0, 0)
= 0 pour0 1 k
d’oùpuis
En
rapprochant
cette estimation de(4.15)
et(4.16),
nous obtenonsSi donc nous posons entraine
(4.12),.
et l’estimation
pr6c6dente
entraine(4.13).
4.3. Démonstration du corollaire 2.12.
Il nous suffit de v6rifier que
pour k
=2,
leshypotheses (i)
et(ii)
duthéorème 2.9 sont
automatiquement
vérifiées desqu’on
suppose que(xo, $o)
Eear;(S, xo). Rappelons
queJe;(S)
est l’idéal form6 des fonctions.de la forme
(i)
La conditionentraine que
yi(xo, Eo)
= 0puisque H"ffJ(0153o, Eo)
=Hg,99(xo, $o)
= 0 et queHH:ptprp(XO, Eo)
=H:p(0153o) =F
0d’après (1.2).
SiYI(XOI $0)
=Î’2(0153O, Eo)
=ol
tous les termes de la formeH,.s
obtenus end6veloppant Hfllq2 apparaissent
avecdes coefficients nuls en
(xo , Eo) à l’exception
des termesH!IJ’P, H,(p
etequi
sonteux-mêmes
nuls en(xo, $,,);
nous avons donc montr6 que(ii)
La conditionentraine que
a(xo, $o)
=y(zo , $o)
= 0puisque djq
= 0 et quedjp(zo , $o)
et
dH’Prp(xo, $0)
sont linéaireIrientindépendants d’après
lapropriété (5.1)
du lemme
5.1;
pour un tel element deae;(S)
on a donctous les autres
produits
extérieursapparaissant
avec des coefficients nuls.en
(xo, Eo).
Leshypoth6ses
du th6or6me 2.9 sont doncvérifiées,
et le corol-laire 2.12 en resulte.
S. - Lemmes
techniques.
5.1.
Oonséquences
deshypothèses générales
sur p et S.Nous donnons ici les démonstrations de deux lemmes due nous avons utilisés au cours des d6monstrations
précédentes,
etqui figurent déjà.
sousune forme voisine dans Lerner & Robbiano
[9].
LEMME 5.1.
Supposons qu’on
afait
le choix d’unsystème
decoordonnges,
pour
lequel
on note1$1 ’
=E: +
...+ E:,
etqu’on
s’est donné kfonctions
C°°à valeurs réelles V,, ..., "Pk telles que
(drp A d1pl A A d1jJk) (xo)
=1= o..Alorsil existe un
voisinage compact
q de xo tel que, avecQ
=((z, E)
Eear::
x E qet
1$12= 1},
on ait pour tout(xl, El)
EQ
nCar§ (S) :
et
dç(Hf) rp)
sont lingairementindgpendants
en(x,, $i) ; drp, d(HfJrp), dip,,
...,dtpk
sont linéairementind6pendants
en
(x,,
DÉMONSTRATION.
(i) Si q est
assezpetit, H,’,p(x,,) 0 0
pour tout xl E qd’apr6s (1.2).
Si nous supposons quenous obtenons successivement que
car
de P(Xl, El)
=1= 0puisque
p est detype principal;
ceci donne la pro-priété (5.1).
(ii)
De nouveau si q est assezpetit, (d(p
Ad1jJl/B
· ..A d1jlk)(Xl)
=1= 0°pour tout Xl E q; la
propriété (5.2)
resulte donc de lapropri6t6 (5.1) puisque d§ q = d§ yi = ... = d§ yk = 0.
LEMME 5.2.
Supposons qu’on
afait
le choix d’unsystème
decoordonnges,
pour
lequel
on noteIEI2
=$g + ... -f - E:,
etqu’il
existe unef onction
C°’ àvaleurs
réelles 1p
et unpoint
deCar§(8, xo)
oAH" "P =F
0. Alors il existe unvoisinage compact
q de xo et une constanteC >
0 telsqu’avec Q
={(x, $)
E
Car,:
x E q et1$12
=‘}
on aitet
DEMONSTRATION.
L’existence dupoint (xo, $o)
ouHgg
= 0 etHV 0
0’prouve que
(dip A dv)(x,,) =A 0:
nous pouvons donc utiliser les r6sultats due lemme5.1,
et nous demanderons en outre que levoisinage
q soit tel queVx E q, 3y c- q r) S
tel quey(y)
=V(x).
D’apres
lapropri6t6 (5.1),
nous avonsp = l12 - 1 = Hip = 0,
etdçP, dj([$[2-1), dç(H" rp)
linéairementindépendants
en(xo, $of[$o]) ;
nous,pouvons donc utiliser le th6or6me des fonctions
implicites
pour en déduire.quel
Yy
E q nS, Q
t1ear:(S, y )
=1=0,
et doncil ne reste
plus qu’lk
prouver l’estimation deIH:q.>(y, n) - H§q(z, E) I.
La
propri6t6 (5.2)
montre que les fonctions q,Hp et y peuvent
etre.prises
comme coordonnées sur la vari6t6Q pres
den’importe quel point
de
Q n ear:(S); chaque point
deQ r1 Car§(S) possède
donc unvoisinage
dans
lequel
l’estimation a lieu comme on le voit en 6crivant une formule- deTaylor.
Parcompacité, Q n Car,(S) possède
lui-même unvoisinage
ouvert U v6rifiant avec une constante uniforme
01:
Enfin,
commeinf ((?’(’)’ t?’!)
= c > 0 par définition deU,
on a aussi(cf. (5.3)) :
d’où le lemme.
.5.2. Choix de la
f onction
99.Dans la démonstration de la
proposition 2.6,
nous aurons besoin d’une-version
pr6cis6e
du lemme 28.4.2 de Hormander[8];
nous en donnons ici la démonstration.LEMME 5.3. Prenons les mêmes
hypothèses qu’au
lemme 5.2 et supposons.en outre que
H:rpO
surCar,(8, x)
pour tout x voisin de xo tel quey(z)
>y(zo) .
Alors il existe un
voisinage
(J) de xo et un nombre A > 0 telsqulavee ip,,(x)
=
(1- Al0153 - 0153ol2) cp(x)
on aitDEMONSTRATION.
Supposons
poursimplifier
que xo =0;
nous pouvons utiliser le r6suJtat du lemme 5.2qui
fournit unvoisinage compact q
de xo et une constante C > 0 tels que,compte
tenu dellhypoth6se supplémentaire
que nous avons
ici,
Par ailleurs on calcule que