SMF

Décomposition des difféomorphismes du tore en applications déviant la verticale

Decomposition of Diffeomorphisms of the torus in twist maps

Patrice LE CALVEZ avec la collaboration de J.-M. GAMBAUDO
Décomposition des difféomorphismes du tore en applications déviant la verticale
     
                
  • Année : 1999
  • Tome : 79
  • Format : Électronique, Papier
  • Langue de l'ouvrage :
    Français
  • Class. Math. : 58F
  • Nb. de pages : 156
  • ISBN : 2-85629-080-9
  • ISSN : 0249-633-X
  • DOI : 10.24033/msmf.392

Tout difféomorphisme $F$ du tore $\mathbf {T}^2$ de dimension $2$ homotope à l'identité s'écrit comme composée de difféomorphismes déviant la verticale alternativement à droite et à gauche. La donnée d'une telle décomposition et d'un relèvement fixé $f$ de $F$ au plan permet de construire naturellement un champ de vecteurs sur une variété $E$ difféomorphe à $\mathbf {T}^2\times \mathbf {R}^{2n-2}$, où l'entier $2n$, égal au nombre d'applications apparaissant dans la décomposition, est d'autant plus grand que le difféomorphisme est loin de l'identité. L'ensemble des singularités de ce champ de vecteurs est en bijection avec l'ensemble des points fixes de $F$ qui se relèvent en des points fixes de $f$. L'étude de ce champ de vecteurs a été initiée dans [L1], principalement dans le cas où il n'y a pas de singularité. Nous étudions ici le cas plus général où apparaissent de telles singularités. Nous en déduisons des résultats généraux sur les points fixes et les orbites périodiques des difféomorphismes du tore homotopes à l'identité. John Franks a démontré qu'un homéomorphisme de l'anneau fermé $\mathbf {T}^1\times [0,1]$ ou de l'anneau ouvert $\mathbf {T}^1\times {}]0,1[$, qui préserve l'aire et qui a un point fixe, admet une infinité d'orbites périodiques. Dans un appendice écrit en collaboration avec J.-M. Gambaudo, nous donnons une démonstration différente de ce résultat pour les difféomorphismes de l'anneau fermé.

Every diffeomorphism of the two-dimensional torus $\mathbf {T}^2$ can be written as a composition of positive and negative twist maps. If we consider such a decomposition and a given lift $f$ of $F$ to the plane, we can construct naturally a vector field on a manifold diffeomorphic to $\mathbf {T}^2\times \mathbf {R}^{2n-2}$, where $2n$ is the number of maps which appear in the decomposition and becomes big when $f$ is far from the identity. There is a one-to-one correspondance between the set of singularities of this vector field and the set of fixed points of $F$ which are lifted to fixed points of $f$. The study of this vector field has begun in [L1], mainly in the case when there is no singularity. We study here the general case when these singularities may exist. We deduce general properties about fixed points and periodic orbits of diffeomorphisms of the torus homotopic to the identity. John Franks has proved that an area-preserving homeomorphism of the closed annulus $\mathbf {T}^1\times [0,1]$ or the open annulus $\mathbf {T}^1\times {}]0,1[$ which has a fixed point possess an infinite number of periodic orbits. In an appendix written in collaboration with J.-M. Gambaudo, we give a different proof of this result for the diffeomorphisms of the closed annulus.

Applications déviant la verticale, matrices de Jacobi, nombre d'enlacement, droite de Brouwer, orbite périodique, nombre de rotation

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