Focal rigidity of flat tori

ABSTRACT

Given a closed Riemannian manifold (M, g), i.e. compact and boundaryless, there is a partition of its tangent bundle TM = ∪iΣi called the focal decomposition of TM. The sets Σi are closely associated to focusing of geodesics of (M, g), i.e. to the situation where there are exactly i geodesic arcs of the same length joining points p and q in M. In this note, we study the topological structure of the focal decomposition of a closed Riemannian manifold and its relation with the metric structure of the manifold. Our main result is that flat n-tori, n > 2, are focally rigid in the sense that if two flat tori are focally equivalent then the tori are isometric up to rescaling. The case n = 2 was considered before by F. Kwakkel.

RESUMO

Dada uma variedade Riemanniana (M, g) fechada, isto é, compacta e sem bordo, existe uma partição de seu fibrado tangente TM = ∪iΣi chamada decomposição focal de TM. Os conjuntos Σi estão intimamente associados ao modo como focalizam as geodésicas de (M,g), isto é, à situação em que existem exatamente i arcos de geodésica de mesmo comprimento unindo pontos p e q em M. Nesta nota, estudamos a estrutura topológica da decomposição focal de uma variedade Riemanniana fechada e sua relação com a estrutura métrica de M. Nosso principal resultado é que n-toros planos, n > 2, são focalmente rigidos, isto é, se dois toros planos são focalmente equivalentes, então os dois toros são isométricos módulo mudança de escala. O caso n = 2 foi considerado anteriormente por F. Kwakkel.