Известия Российской академии наук. Серия математическая
RUS  ENG    ЖУРНАЛЫ   ПЕРСОНАЛИИ   ОРГАНИЗАЦИИ   КОНФЕРЕНЦИИ   СЕМИНАРЫ   ВИДЕОТЕКА   ПАКЕТ AMSBIB  
Общая информация
Последний выпуск
Скоро в журнале
Архив
Импакт-фактор
Правила для авторов
Загрузить рукопись

Поиск публикаций
Поиск ссылок

RSS
Последний выпуск
Текущие выпуски
Архивные выпуски
Что такое RSS



Изв. РАН. Сер. матем.:
Год:
Том:
Выпуск:
Страница:
Найти






Персональный вход:
Логин:
Пароль:
Запомнить пароль
Войти
Забыли пароль?
Регистрация


Известия Российской академии наук. Серия математическая, 2021, том 85, выпуск 2, страницы 113–141
DOI: https://doi.org/10.4213/im9015
(Mi im9015)
 

Эта публикация цитируется в 2 научных статьях (всего в 2 статьях)

О вещественной каустике типа $E_6$

В. Д. Седых

Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И. М. Губкина, г. Москва
Список литературы:
Аннотация: В работе доказано, что многообразие неособых точек устойчивого ростка вещественной каустики типа $E_6$, а также многообразия точек трансверсального пересечения его гладких ветвей, состоят только из стягиваемых связных компонент. Вычислено количество связных компонент этих многообразий.
Библиография: 5 наименований.
Ключевые слова: лагранжево отображение; каустика; особенности типов $A$, $D$, $E$; мультиособенности; индекс примыкания.
Поступило в редакцию: 25.01.2020
Англоязычная версия:
Izvestiya: Mathematics, 2021, Volume 85, Issue 2, Pages 279–305
DOI: https://doi.org/10.1070/IM9015
Реферативные базы данных:
Тип публикации: Статья
УДК: 512.761+515.16
MSC: 57R45, 58K15, 53D12

§ 1. Введение

Мы изучаем многообразия особых точек разных типов в образе ростка лагранжева отображения общего положения с устойчивыми простыми особенностями. В статье рассматриваются только собственные лагранжевы отображения.

Согласно Арнольду (см. [1]) простые устойчивые ростки лагранжева отображения в гладкое $n$-мерное многообразие лагранжево эквивалентны росткам в нуле отображения

$$ \begin{equation*} \mathbb{R}^n\to \mathbb{R}^n,\quad (\overline{t},\overline{q})\mapsto \biggl( -\frac{\partial S(\overline{t},\overline{q})}{\partial \overline{t}},\overline{q}\biggr),\qquad \overline{t}=(t_1,\dots,t_k),\quad \overline{q}=(q_{k+1},\dots,q_n), \end{equation*} \notag $$
где $S=S(\overline{t},\overline{q})$ – функция одного из следующих типов ($\mu\leqslant n+1$ – целое):
$$ \begin{equation*} \begin{alignedat}{5} A_{\mu}^\pm&\colon &\quad S&=\pm t_1^{\mu+1}+q_{\mu-1}t_1^{\mu-1}+\dots+q_2t_1^2, &\qquad \mu&\geqslant1, \\ D_{\mu}^{\pm}&\colon &\quad S&=t_1^2t_2\pm t_2^{\mu-1}+q_{\mu-1}t_2^{\mu-2}+\dots+q_3t_2^2, &\qquad \mu&\geqslant4, \\ E_6^\pm&\colon &\quad S&=t_1^3\pm t_2^4+q_5t_1t_2^2+q_4t_1t_2+q_3t_2^2, &\qquad \mu&=6, \\ E_7&\colon &\quad S&=t_1^3+t_1t_2^3+q_6t_1^2t_2+q_5t_1^2+q_4t_1t_2+q_3t_2^2, &\qquad \mu&=7, \\ E_8&\colon &\quad S&=t_1^3+t_2^5+q_7t_1t_2^3+q_6t_1t_2^2+q_5t_2^3+q_4t_1t_2+q_3t_2^2, &\qquad \mu&=8. \end{alignedat} \end{equation*} \notag $$

Лагранжево отображение общего положения в многообразие размерности $n\leqslant 5$ может иметь лишь простые устойчивые особенности.

Тип функции $S$ определяет тип особенности (ростка) лагранжева отображения. Число $\mu-1$ называется коразмерностью особенности. Если $\mu$ четное или $\mu=1$, то ростки типов $A_{\mu}^+$ и $A_{\mu}^-$ лагранжево эквивалентны (они обозначаются через $A_{\mu}$). В остальных случаях ростки перечисленных типов попарно лагранжево не эквивалентны.

Каждой точке $y$ пространства $V$ образа лагранжева отображения $f$ общего положения с устойчивыми простыми особенностями можно сопоставить формальное коммутативное произведение $\mathcal{A}$ символов из теоремы Арнольда, обозначающих типы ростков $f$ в прообразах точки $y$. Произведение $\mathcal{A}$ называется типом мультиособенности лагранжева отображения $f$ в точке $y$ (или типом моноособенности, если $y$ имеет лишь один прообраз). Тип мультиособенности отображения $f$ в критическом значении $y$ определяет тип ростка его каустики в этой точке.

Множество $\mathcal{A}_f$ точек $y$, в которых отображение $f$ имеет мультиособенность типа $\mathcal{A}$, является гладким подмногообразием в многообразии $V$. Оно называется многообразием мультиособенностей типа $\mathcal{A}$. Коразмерность многообразия $\mathcal{A}_f$ в $V$ равна сумме коразмерностей особенностей, которые отображение $f$ имеет в прообразах произвольной точки $y\in \mathcal{A}_f$. Эта сумма обозначается через $\operatorname{codim}\mathcal{A}$ и называется коразмерностью мультиособенности типа $\mathcal{A}$.

В работе [2] мы изучали топологию многообразий мультиособенностей у ростков лагранжева отображения типов $A_\mu^\pm$ и $D_\mu^\pm$. В работе [3] проведены исследования многообразий мультиособенностей в особых точках ростка каустики типа $E_6$, кроме многообразий точек трансверсального пересечения его гладких ветвей (ростки каустики типов $E_6^+$ и $E_6^-$ вложенно диффеоморфны и обозначаются через $E_6$).

Настоящая работа является продолжением этой деятельности. Теперь, мы изучаем топологию многообразий точек трансверсального пересечения гладких ветвей ростка каустики типа $E_6$, а также многообразия его неособых точек. Оказывается, что связные компоненты всех этих многообразий стягиваемы. В статье вычислено их количество.

А именно, гладкая часть каустики состоит из $20$ компонент ($2$ компоненты многообразия моноособенностей типа $A_2$, $6$ компонент многообразия мультиособенностей типа $A_2A_1^2$ и $12$ – типа $A_2A_1^4$). Пересечение двух гладких ветвей каустики состоит из $19$ компонент ($3$ компоненты многообразия мультиособенностей типа $A_2^2$ и $16$ – типа $A_2^2A_1^2$). Многообразие точек пересечения трех гладких ветвей имеет $4$ связные компоненты (они образуют многообразие мультиособенностей типа $A_2^3$). Пересечений четырех ветвей не бывает.

О других результатах, полученных разными авторами в ходе исследования топологии лагранжевых отображений, можно узнать, например, из книги [4].

§ 2. Формулировка результата

Основные понятия и факты теории особенностей лагранжевых отображений, которые потребуются нам в дальнейшем, изложены в работе [2]. Мы кратко напомним здесь лишь некоторые обозначения (см. также [3]).

Типы мультиособенностей лагранжева отображения $f$ общего положения с устойчивыми простыми особенностями образуют свободную абелеву мультипликативную полугруппу $\mathbb{S}^+$ с образующими

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, A_1,\qquad A_{2k},A_{2k+1}^+,A_{2k+1}^-\quad (k=1,2,\dots), \\ D_{\mu}^+,D_{\mu}^-\quad (\mu=4,5,\dots),\qquad E_6^+, E_6^-, E_7, E_8. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$
Предположим, что отображение $f$ имеет мультиособенность типа $\mathcal{B}\in\mathbb{S}^+$ в точке $y$ пространства образа $V$, где $\operatorname{codim}\mathcal{B}=c$. Выберем окрестность $U$ начала координат $0$ в $\mathbb{R}^{c}$ и рассмотрим гладкое вложение $h\colon U\to V$ такое, что $h(0)=y$, причем подмногообразие $h(U)\subset V$ трансверсально многообразию $\mathcal{B}_f$ в точке $y$. Через $B_{\varepsilon}\subset \mathbb{R}^{c}$ обозначим открытый $c$-мерный шар с радиусом $\varepsilon>0$ и центром в $0$. Тогда существует положительное число $\varepsilon_0=\varepsilon_0(f,y,h)$ такое, что для любых $\mathcal{A}\in\mathbb{S}^+$ и $\varepsilon<\varepsilon_0$ множество $h(B_{\varepsilon})\cap \mathcal{A}_f$ является гладким многообразием, класс эквивалентности которого относительно диффеоморфизмов зависит только от $\mathcal{A}$ и $\mathcal{B}$. Мы обозначим это многообразие через $\Xi_{\mathcal{A}}(\mathcal{B})$.

Мультиособенность типа $\mathcal{B}$ примыкает к мультиособенности типа ${\cal A}$, если $\mathcal{A}\neq\mathcal{B}$ и $\Xi_\mathcal{A}(\mathcal{B})\neq\varnothing$. Эйлерова характеристика $J_{\mathcal{A}}(\mathcal{B})$ многообразия $\Xi_{\mathcal{A}}(\mathcal{B})$ называется индексом примыкания мультиособенности типа $\mathcal{B}$ к мультиособенности типа $\mathcal{A}$. Примыкание мультиособенности типа $\mathcal{B}$ к мультиособенности типа $\mathcal{A}$ называется простым, если все связные компоненты многообразия $\Xi_{\mathcal{A}}(\mathcal{B})$ стягиваемые.

Зафиксируем $\delta=\pm1$. В дальнейшем, на протяжении всей работы, $E_{\mu}^\delta$ обозначает $E_{\mu}^+$, если $\delta=+1$, и $E_{\mu}^-$, если $\delta=-1$. Аналогичное соглашение действует относительно символов $A_{\mu}^\delta$ и $D_{\mu}^\delta$.

Теорема. Индексы всех примыканий моноособенности типа $E_6^\delta$ к мультиособенностям типов $A_2^kA_1^m$, $k\neq0$, в образе лагранжева отображения общего положения указаны в следующей таблице:

$\mathcal{A}$ $A_2$ $A_2A_1^2$ $A_2A_1^4$ $A_2^2$ $A_2^2A_1^2$ $A_2^3$
$J_{\mathcal{A}}(E_6^\delta)$ $2$ $6$ $12$ $3$ $16$ $4$

Все эти примыкания простые.

Отсюда и из основного результата работы [3] получаем следующее утверждение.

Следствие. Индексы всех примыканий моноособенности типа $E_6^\delta$ к мультиособенностям лагранжева отображения общего положения в точках его каустики указаны в следующей таблице:

$\mathcal{A}$$A_2$$A_2A_1^2$$A_2A_1^4$$A_2^2$$A_2^2A_1^2$$A_2^3$
$J_{\mathcal{A}}(E_6^\delta)$$2$$6$$12$$3$$16$$4$

$A_3^\delta A_1$$A_3^{-\delta}A_1$$A_3^\delta A_1^3$$A_3^{-\delta}A_1^3$$A_3^\delta A_2A_1$$A_3^{-\delta}A_2A_1$$\left(A_3^\delta\right)^2$
$2$$3$$6$$5$$8$$6$$1$

$A_4$$A_4A_1^2$$A_4A_2$$A_5^+A_1$$A_5^-A_1$$D_4^+$$D_4^+A_1^2$$D_4^-A_1^2$$D_4^+A_2$$D_5^\delta A_1$
$2$$6$$4$$1$$1$$1$$2$$1$$2$$2$

Все эти примыкания простые.

Индексы примыкания лагранжевых мультиособенностей удовлетворяют многочисленным соотношениям (см. [2]). Поэтому выполнение этих соотношений для индексов, найденных непосредственно, свидетельствует о правильности проведенных вычислений. В частности, нетрудно убедиться, что все индексы, указанные выше, удовлетворяют соотношению

$$ \begin{equation*} \sum_{X\in\mathbb{S}^+} (-1)^{\operatorname{codim} X}J_{\mathcal{A}}(X)\,J_{X}(E_6^\delta)=0 \end{equation*} \notag $$
для любого $\mathcal{A}\neq E_6^\delta$ и такого, что $\operatorname{codim}\mathcal{A}>0$.

Замечание. Индекс $J_{A_2^3}(E_6^\delta)$ был первоначально вычислен в работе [3] при помощи соотношений между индексами примыканий. В данной работе этот индекс вычислен непосредственно. Более того, доказана простота примыкания моноособенности типа $E_6^\delta$ к мультиособенности типа $A_2^3$.

§ 3. Разрешение точек самопересечения гладких ветвей каустики

Рассмотрим отображение

$$ \begin{equation*} f\colon \mathbb{R}^{5}\to \mathbb{R}^5,\qquad (\overline{t},\overline{q})\mapsto \biggl(-\frac{\partial S}{\partial \overline{t}},\overline{q}\biggr), \end{equation*} \notag $$
где $\overline{t}=(t_1,t_2)\in\mathbb{R}^2$, $\overline{q}=(q_3,q_4,q_5)\in\mathbb{R}^3$ и
$$ \begin{equation*} S=S(\overline{t},\overline{q})=t_1^3+\delta t_2^4+q_5t_1t_2^2+q_4t_1t_2+q_3t_2^2. \end{equation*} \notag $$
Оно лагранжево и имеет особенность типа $E_6^\delta$ в нуле.

Положим

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, S_3=\frac{\partial^2 S}{\partial t_2^2}(\overline{t},\overline{q})=2(6\delta t_2^2+q_5t_1+q_3),\qquad S_4=\frac{\partial^2 S}{\partial t_1\,\partial t_2}(\overline{t},\overline{q})=2q_5t_2+q_4, \\ H_1=H_1(\overline{t},\overline{q})=6t_1S_3-S_4^2,\qquad H_2=H_2(\overline{t},\overline{q})=144\delta t_1^2t_2-S_3S_4-6t_1S_4q_5, \\ H_3=H_3(\overline{t},\overline{q})=48\delta t_1^3-(S_3+2t_1q_5)^2. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$
Набор $(t_1,t_2,S_3,S_4,q_5)$ определяет гладкие координаты в пространстве $\mathbb{R}^{5}=\{(\overline{t},\overline{q})\}$.

Лемма 1 (см. [3]). Отображение $f$ имеет в точке $(\overline{t},\overline{q})\neq 0$ особенность следующего типа:

1) $A_1$, если $H_1\neq0$;

2) $A_2$, если либо $t_1=0$, $S_4=0$, $S_3\neq0$, либо $H_1=0$, $H_2\neq0$;

3) $A_3^\pm$, если $H_1=H_2=0$, $\pm t_1H_3>0$;

4) $A_4$, если $H_1=H_2=H_3=0$, $S_4\neq0$;

5) $A_5^\pm$, если $t_1=\delta q_5^2/12$, $t_2=0$, $S_3=0$, $S_4=0$, $\mp \delta q_5>0$;

6) $D_4^\pm$, если $t_1=0$, $S_3=0$, $S_4=0$, $\pm(q_5^3+108t_2^2)>0$;

7) $D_5^\delta$, если $t_1=0$, $S_3=0$, $S_4=0$, $q_5^3+108t_2^2=0$, $t_2\neq0$.

Рассмотрим многообразие $A_2^f$ точек $(\overline{t},\overline{q})\in\mathbb{R}^5$, в которых отображение $f$ имеет особенность типа $A_2$. Это многообразие лежит в гиперповерхности, заданной уравнением $H_1(\overline{t},\overline{q})=0$. Оно лежит также и в открытом множестве точек, удовлетворяющих условию $6t_1+S_3\neq0$.

Пусть $C_\varepsilon$ – часть гиперповерхности $H_1(\overline{t},\overline{q})=0$, состоящая из точек, в которых

$$ \begin{equation*} \operatorname{sign}(6t_1+S_3)=\varepsilon,\qquad \varepsilon=\pm1. \end{equation*} \notag $$
Тогда гладкое отображение
$$ \begin{equation*} \varphi_\varepsilon\colon \mathbb{R}^4\to \mathbb{R}^5,\qquad w=(a,b,t_2,q_5)\mapsto(\overline{t},\overline{q}), \end{equation*} \notag $$
заданное формулами
$$ \begin{equation*} t_1=\varepsilon a^2, \qquad S_3=6\varepsilon b^2, \qquad S_4=6ab, \end{equation*} \notag $$
определяет двулистное накрытие гиперповерхности $C_\varepsilon$ пространством
$$ \begin{equation*} \mathbb{R}^4\setminus\{a=b=0\}. \end{equation*} \notag $$

Рассмотрим множество $\Sigma_\varepsilon$ точек $w\in\mathbb{R}^4$ таких, что коразмерность мультиособенности отображения $f$ в точке $f(\varphi_\varepsilon(w))$ больше $1$. Поскольку отображение $f$ квазиоднородно с весами

$$ \begin{equation*} \deg t_1=4,\qquad \deg t_2=3,\qquad \deg q_3=6,\qquad \deg q_4=5,\qquad \deg q_5=2, \end{equation*} \notag $$
а отображение $\varphi_\varepsilon$ задается однородными функциями степени $2$, то $\Sigma_\varepsilon$ является квазиоднородной гиперповерхностью в $\mathbb{R}^4$ с весами
$$ \begin{equation} \deg a=2, \qquad \deg b=3, \qquad \deg t_2=3, \qquad \deg q_5=2. \end{equation} \tag{1} $$

Гиперповерхность $\Sigma_\varepsilon$ инвариантна относительно отражения

$$ \begin{equation} \mathbb{R}^4\to\mathbb{R}^4,\qquad (a,b,t_2,q_5)\mapsto (-a,-b,t_2,q_5). \end{equation} \tag{2} $$
Поскольку функция $S(\overline{t},\overline{q})$ не меняется при одновременном изменении знаков переменных $t_2$ и $q_4$ на противоположные, то гиперповерхность $\Sigma_\varepsilon$ инвариантна также относительно отражения
$$ \begin{equation} \mathbb{R}^4\to\mathbb{R}^4,\qquad (a,b,t_2,q_5)\mapsto (a,-b,-t_2,q_5). \end{equation} \tag{3} $$

Рассмотрим функцию

$$ \begin{equation*} K_{\varepsilon}\colon \mathbb{R}^4\to\mathbb{R},\qquad w=(a,b,t_2,q_5)\mapsto 4a^3t_2-\varepsilon\delta b(b^2+a^2q_5). \end{equation*} \notag $$
Уравнение $K_{\varepsilon}(w)=0$ определяет квазиоднородную гиперповерхность в $\mathbb{R}^4$ с весами (1). Эта гиперповерхность инвариантна относительно отражений (2), (3). Ее часть, лежащая в $\mathbb{R}^4\setminus\{a=b=0\}$, является гладкой гиперповерхностью.

Лемма 2. Уравнение $K_{\varepsilon}(w)=0$ задает часть гиперповерхности $\Sigma_\varepsilon$. Дополнение к гиперповерхности $K_{\varepsilon}(w)=0$ в $\mathbb{R}^4$ равно $\varphi_\varepsilon^{-1}(A_2^f)$.

Доказательство. По лемме 1 точка $\varphi_\varepsilon(w)$ лежит в многообразии $A_2^f$, если и только если либо $a=0,b\neq0$, либо $(H_2\circ\varphi_\varepsilon)(w)\neq0$. Поэтому лемма 2 следует из того, что $(H_2\circ\varphi_\varepsilon)(w)=36\delta aK_{\varepsilon}(w)$.

Обозначим через $\Sigma_\varepsilon^{\ast}$ множество точек $w\in\Sigma_\varepsilon$ таких, что $K_{\varepsilon}(w)\neq0$. Это множество является квазиоднородной гиперповерхностью в $\mathbb{R}^4$ с весами (1). Она инвариантна относительно отражений (2), (3).

Лемма 3. Росток гиперповерхности $\Sigma_\varepsilon^{\ast}$ в каждой точке является ростком каустики лагранжева отображения общего положения в $\mathbb{R}^4$ с мультиособенностями типов $A_2$, $A_2A_1^2$, $A_2^2$, $A_3^{\pm}A_1$, $A_4$, $D_4^+$.

Доказательство. Сужение лагранжева отображения $f$ на многообразие $A_2^f$ является иммерсией. Росток этой иммерсии в каждой точке $(\overline{t},\overline{q})\in A_2^f$ трансверсален ростку в точке $f(\overline{t},\overline{q})$ многообразия мультиособенностей сужения отображения $f$ на дополнение в $\mathbb{R}^5$ к замыканию достаточно малой окрестности точки $(\overline{t},\overline{q})$. Лемма 3 доказана.

Рассмотрим дополнение к гиперповерхности $K_{\varepsilon}(w)=0$ в пространстве $\mathbb{R}^4$. Из лемм 2 и 3 следует, что разбиение $\mathfrak{S}_\varepsilon$ этого множества на связные компоненты (страты) многообразий вида $\varphi_\varepsilon^{-1}(\mathcal{A}^f)$, $\mathcal{A}\in\mathbb{S}^+$, является конечной полуалгебраической стратификацией Уитни. Связные компоненты многообразия $\varphi_\varepsilon^{-1}(\mathcal{A}^f)$ называются стратами типа $\mathcal{A}$. Объединение стратов типа $\mathcal{A}$ стратификации $\mathfrak{S}_\varepsilon$ обозначается через $\mathfrak{S}_\varepsilon(\mathcal{A})$.

Лемма 4. Пусть $\mathcal{A}=A_2^kA_1^m$, где $k\neq0$ и $\mathcal{A}_f\neq\varnothing$. Тогда объединение многообразий $\mathfrak{S}_+(\mathcal{A})$ и $\mathfrak{S}_-(\mathcal{A})$ является пространством локально-тривиального расслоения над многообразием $\mathcal{A}_f$, слой которого состоит из $2k$ точек.

Доказательство. Пусть $\mathcal{A}\in\mathbb{S}^+$ и $X$ – любая образующая полугруппы $\mathbb{S}^+$, имеющая максимальную коразмерность среди всех образующих, произведением которых является элемент $\mathcal{A}$. Рассмотрим объединение связных компонент многообразия $f^{-1}(\mathcal{A}_f)$, лежащих в замыкании множества точек $(\overline{t},\overline{q})\,{\in}\,\mathbb{R}^{5}$, в которых $f$ имеет особенность типа $X$. Тогда сужение отображения $f$ на это многообразие является гладким расслоением над многообразием $\mathcal{A}_f$, слой которого состоит из $\#(X,\mathcal{A})$ точек, где $\#(X,\mathcal{A})$ – число сомножителей, равных $X$, в разложении элемента $\mathcal{A}$ в произведение образующих полугруппы $\mathbb{S}^+$. Лемма 4 следует теперь из того, что отображения $\varphi_\pm$ являются двулистными накрытиями.

Рассмотрим произвольную трехмерную гиперплоскость $a=\mathrm{const}$ (с координатами $b$, $t_2$, $q_5$). Разбиение $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ разности этой гиперплоскости с гиперповерхностью $K_{\varepsilon}(w)=0$ на связные компоненты ее пересечений со стратами стратификации $\mathfrak{S}_\varepsilon$ является конечной полуалгебраической стратификацией Уитни. При этом связные компоненты пересечения страта типа $\mathcal{A}$ с рассматриваемой гиперплоскостью называются стратами типа $\mathcal{A}$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$.

Заметим, что все стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$, $a\neq0$, диффеоморфны, поскольку гиперповерхность $\Sigma_\varepsilon^{\ast}$ квазиоднородна и инвариантна относительно отражений (2), (3). Следовательно, чтобы изучить стратификацию $\mathfrak{S}_\varepsilon$, необходимо описать стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$ и $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$, $a\neq0$, а также выяснить поведение стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ при $a\to0$.

§ 4. Описание стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$

Зафиксируем произвольное $(\overline{t},\overline{q})\in C_\varepsilon$ и предположим, что существует ненулевой вектор $\overline{v}=(v_1,v_2)\in\mathbb{R}^2$ такой, что

$$ \begin{equation} f(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=f(\overline{t},\overline{q}). \end{equation} \tag{4} $$

Лемма 5 (см. [3]). Уравнение (4) относительно вектора $\overline{v}$ равносильно системе

$$ \begin{equation} 3v_1^2+q_5v_2^2+6t_1v_1+S_4v_2=0, \qquad 4\delta v_2^3+2q_5v_1v_2+12\delta t_2v_2^2+S_4v_1+S_3v_2=0. \end{equation} \tag{5} $$

Мы разобьем исследование ненулевых решений системы (5) на три случая.

Случай 1. $v_2=0,v_1\neq0$.

Лемма 6. Пусть $w=(a,b,t_2,q_5)$, $(\overline{t},\overline{q})=\varphi_\varepsilon(w)$ и $\overline{v}=(v_1,v_2)$ – решение уравнения (4) такое, что $v_2=0$, $v_1\neq0$. Тогда $a\neq0$, $b=0$ и $v_1=-2\varepsilon a^2$. Росток $f$ в точке $(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})$ имеет особенность следующего типа:

1) $A_1$, если $q_5\neq0$;

2) $A_2$, если $q_5=0$, $t_2\neq0$;

3) $A_3^{\delta}$, если $q_5=t_2=0$.

Доказательство. Из системы (5) следует, что если $v_2=0,v_1\neq0$, то $v_1=-2\varepsilon a^2$ и $b=0$. Поэтому
$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, t_1+v_1=-\varepsilon a^2\neq0,\qquad S_3(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=-4\varepsilon a^2q_5,\qquad S_4(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=0, \\ H_1(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=24a^4q_5,\qquad H_2(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=144\delta a^4t_2, \\ H_3(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=-12(4\varepsilon\delta a^2+3q_5^2)a^4. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$
Тип особенности $f$ в точке $(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})$ определяется при помощи леммы 1.

Случай 2. $v_2\neq0$, $a=0$, $b\neq0$.

Пусть $v_2\neq0$. Тогда существует $u\in\mathbb{R}$ такое, что $v_1=uv_2$. Поэтому из системы (5) получаем:

$$ \begin{equation} (3u^2+q_5)v_2+6a(\varepsilon au+b)=0, \qquad 2\delta v_2^2+(q_5u+6\delta t_2)v_2+3\varepsilon b(\varepsilon au+b)=0. \end{equation} \tag{6} $$

Лемма 7. Пусть $w=(a,b,t_2,q_5)$, $(\overline{t},\overline{q})=\varphi_\varepsilon(w)$ и $\overline{v}=(v_1,v_2)$ – решение уравнения (4) такое, что $v_1=uv_2$, $v_2\neq0$, $u\in\mathbb{R}$. Предположим, что $a=0$, $b\neq0$. Тогда

$$ \begin{equation} \begin{gathered} \, q_5=-3u^2, \qquad (q_5u+6\delta t_2)^2\geqslant24\varepsilon\delta b^2, \nonumber \\ v_2=\frac{-(q_5u+6\delta t_2)\pm\sqrt{(q_5u+6\delta t_2)^2-24\varepsilon\delta b^2}}{4\delta}. \end{gathered} \end{equation} \tag{7} $$
Росток $f$ в точке $(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})$ имеет особенность следующего типа:

1) $A_1$, если $u\neq0$, $(q_5u+6\delta t_2)^2>24\varepsilon\delta b^2$;

2) $A_2$, если $u\neq0$, $(q_5u+6\delta t_2)^2=24\varepsilon\delta b^2$;

3) $A_2$, если $u=0$, $3t_2^2>2\varepsilon\delta b^2$;

4) $D_4^+$, если $u=0$, $3t_2^2=2\varepsilon\delta b^2$.

Доказательство. Из системы (6) следует, что если $a=0$, $b\neq 0$ и $v_2 \neq 0,$ то
$$ \begin{equation*} q_5=-3u^2,\qquad 2\delta v_2^2+(q_5u+6\delta t_2)v_2+3\varepsilon b^2=0. \end{equation*} \notag $$
Поэтому
$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, t_1+v_1=uv_2, \\ S_3(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=-4((q_5u+3\delta t_2)v_2+3\varepsilon b^2),\qquad S_4(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=2q_5v_2, \\ H_1(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=-12uv_2((q_5u+6\delta t_2)v_2+6\varepsilon b^2), \\ H_2(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})=4q_5v_2(5(q_5u+6\delta t_2)v_2+24\varepsilon b^2). \end{gathered} \end{equation*} \notag $$
Остается применить лемму 1.

Замечание. Значения $v_2$, определяемые формулой (7), отличны от нуля для любого допустимого $u$, поскольку $b\neq0$.

Леммы 2 и 7 позволяют подробно описать стратификацию $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$.

Предложение 1. Пусть $w=(a,b,t_2,q_5)$, где $a=0$, $b\neq0$. Тогда при $\varepsilon\,{=}\,-\delta$:

1) отображение $f$ имеет в точке $f(\varphi_\varepsilon(w))$ мультиособенность типа $A_2A_1^4$, если $q_5<0$; $A_2^3$, если $q_5=0$; $A_2$, если $q_5>0$;

2) все страты стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ стягиваемы; количество стратов указано в табл. 1; в первой строке перечислены типы всех имеющихся стратов; во второй строке указано количество стратов соответствующего типа.

Таблица 1.Количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ при $\varepsilon=-\delta$, $a=0$

$A_2$$A_2A_1^4$$A_2^3$
$\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$$2$$2$$2$

В случае $\varepsilon=\delta$ аналитическое описание стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$ выглядит довольно сложным. Поэтому мы дадим ее геометрическое описание.

А именно, рассмотрим произвольную двумерную плоскость $a=\mathrm{const}$, $q_5=\mathrm{const}$ (с кординатами $b$, $t_2$). Разбиение $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ разности этой плоскости с гиперповерхностью $K_{\varepsilon}(w)=0$ на связные компоненты ее пересечений со стратами стратификации $\mathfrak{S}_\varepsilon$ является конечной полуалгебраической стратификацией Уитни. При этом связные компоненты пересечения страта типа $\mathcal{A}$ с рассматриваемой плоскостью называются стратами типа $\mathcal{A}$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$.

Таблица 2.Количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ при $\varepsilon=\delta$, $a=0$

$q_5$$A_2$$A_2A_1^2$$A_2A_1^4$$A_2^2$$A_2^2A_1^2$$A_2^3$Рис.
$(-\infty,0)$$2$$4$$6$$4$$8$$2$1
$0$$-4$$-6$$-4$$-8$$-2,\pm4$2
$(0,+\infty)$$2$$0$$0$$0$$0$$0$
$\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$$2$$4$$6$$4$$8$$6$

Предложение 2. Пусть $\varepsilon=\delta$, $a=0$, $b\neq0$. Тогда:

1) имеется ровно одно значение $q_5$, при переходе через которое стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ меняет дифференцируемый тип; это бифуркационное значение равно нулю; оно разбивает ось $q_5$ на два открытых интервала; стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$, отвечающие двум разным значениям $q_5$, диффеоморфны, если и только если оба этих значения одновременно принадлежат одному из интервалов небифуркационных значений;

2) стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ для значений $q_5\,{\leqslant}\,0$ изображены (с точностью до диффеоморфизма) на рисунках, номера которых указаны в последнем столбце табл. 2; рисунки центрально симметричны; ось $b$ горизонтальна, ось $t_2$ вертикальна; пунктирная линия обозначает сечение гиперповерхности $K_{\varepsilon}(w)\,{=}\,0$, сплошная линия – сечение гиперповерхности $\Sigma_\varepsilon^{\ast}$; на рисунках указаны типы стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$; при трансверсальном пересечении пунктирной линии в точке, не лежащей на сплошной линии, тип двумерного страта не меняется;

3) стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ при $q_5>0$ состоит из двух двумерных стратов типа $A_2$; они составляют дополнение к прямой $b=0$ на плоскости;

4) в строках табл. 2, соответствующих интервалам небифуркационных значений $q_5$, выписано количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ каждого из типов $A_2^kA_1^m$, где $k\neq0$;

5) заштрихованная строка содержит информацию об изменении числа стратов при переходе значения $q_5$ через нуль в порядке возрастания: “$-n$” означает исчезновение $n$ стратов, каждый из которых принадлежит страту стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$, не пересекающемуся с гиперплоскостью $q_5=0$; запись “$\pm n$” говорит о том, что в момент $q_5=0$ появляются $n$ новых стратов, исчезающих при $q_5>0$;

6) в последней строке таблицы указано количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$; все страты этой стратификации стягиваемые.

Случай 3. $v_2\neq0$, $a\neq0$.

Пусть $w=(a,b,t_2,q_5)$, $a\neq0$ и $\overline{v}=(v_1,v_2)$ – решение уравнения (4) такое, что $v_1=uv_2$, $v_2\neq0$, $u\in\mathbb{R}$. Тогда из системы (6) следует, что

$$ \begin{equation} v_2=\frac{b(3u^2+q_5)-2\varepsilon a(q_5u+6\delta t_2)}{4\varepsilon \delta a}, \end{equation} \tag{8} $$
а число $u$ является вещественным корнем уравнения
$$ \begin{equation} P_{\varepsilon}(u,w)=0, \end{equation} \tag{9} $$
где
$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, P_{\varepsilon}\colon \mathbb{R}\times\mathbb{R}^4\to\mathbb{R}, \\ (u,w)\mapsto b(3u^2+q_5)^2-2\varepsilon a(q_5u+6\delta t_2)(3u^2+q_5)+24\varepsilon\delta a^2(\varepsilon au+b). \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

Лемма 8. Пусть $a\neq0$ и $K_{\varepsilon}(w)\neq0$. Тогда формула (8) определяет ненулевое значение $v_2$ для любого корня $u$ уравнения (9).

Доказательство. Число $u$ является общим корнем уравнений (9) и
$$ \begin{equation*} b(3u^2+q_5)-2\varepsilon a(q_5u+6\delta t_2)=0 \end{equation*} \notag $$
при $a\neq0$, если и только если $u=-\varepsilon b/a$, а $w$ удовлетворяет уравнению $K_{\varepsilon}(w)\,{=}\,0$. Лемма 8 доказана.

Мы будем рассматривать функцию $P_{\varepsilon}$ как семейство многочленов от $u$, зависящих от параметра $w\in\mathbb{R}^4\setminus\{a=0\}$. Бифуркационное множество $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ нулей этого семейства, т. е. множество точек $w$, для которых уравнение (9) имеет кратный вещественный корень $u$, равно разности замыкания гиперповерхности $\Sigma_\varepsilon^{\ast}$ и гиперплоскости $a=0$.

Множество $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ является квазиоднородной гиперповерхностью в $\mathbb{R}^4$ с весами (1). Она инвариантна относительно отражений (2), (3) и является частью гиперповерхности $\Sigma_\varepsilon$. Ветвью гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ в точке $w$, соответствующей кратному вещественному корню $u$ уравнения (9), называется росток бифуркационного множества нулей сужения семейства $P_{\varepsilon}$ на достаточно малую окрестность точки $(u,w)$ в пространстве $\mathbb{R}\times\mathbb{R}^4$.

Замечание. Сумма кратностей всех корней уравнения (9) не превосходит четырех для любого $w\in\mathbb{R}^4\setminus\{a=b=0\}$. Поэтому гиперповерхность $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ имеет не более двух ветвей в каждой своей точке.

Лемма 9. Любой кратный корень $u$ уравнения (9) удовлетворяет системе

$$ \begin{equation} \begin{gathered} \, 6\varepsilon au(q_5u+6\delta t_2)=6bu(q_5+3u^2)-\varepsilon aq_5(q_5+3u^2)+12\delta a^3, \\ 3\delta bu((q_5+3u^2)^2-24\varepsilon\delta a^2)=a(\varepsilon\delta q_5(q_5+3u^2)^2-12a^2(q_5-3u^2)). \end{gathered} \end{equation} \tag{10} $$
В частности, $(q_5+3u^2)^2\neq24\varepsilon\delta a^2$, если $a\neq0$.

Доказательство. Кратные корни уравнения (9) удовлетворяют условию
$$ \begin{equation*} \frac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial u}(u,w)=12bu(q_5+3u^2)-2\varepsilon aq_5(q_5+3u^2)-12\varepsilon au(q_5u+6\delta t_2)+24\delta a^3=0. \end{equation*} \notag $$
Отсюда следует первое уравнение системы (10). Второе уравнение получается из (9) умножением на $3u$ и заменой выражения $6\varepsilon au(q_5u+6\delta t_2)$ на правую часть первого уравнения. Остается заметить, что два равенства
$$ \begin{equation*} (q_5+3u^2)^2-24\varepsilon\delta a^2=0,\qquad \varepsilon\delta q_5(q_5+3u^2)^2-12a^2(q_5-3u^2)=0 \end{equation*} \notag $$
не выполняются одновременно при $a\neq0$. Лемма 9 доказана.

Пусть ${\mathcal D}_{\varepsilon}$ – множество точек $z=(a,u,q_5)\in\mathbb{R}^3$, удовлетворяющих неравенству

$$ \begin{equation*} au((3u^2+q_5)^2-24\varepsilon\delta a^2)\neq0. \end{equation*} \notag $$
Рассмотрим гладкое отображение
$$ \begin{equation*} \Gamma_{\varepsilon}\colon {\mathcal D}_{\varepsilon}\to\mathbb{R}^4,\qquad z\mapsto w=(a,b(z),t_2(z),q_5), \end{equation*} \notag $$
где
$$ \begin{equation} \begin{gathered} \, \delta b(z)=\frac{a(\varepsilon\delta q_5(q_5+3u^2)^2-12a^2(q_5-3u^2))}{3u((q_5+3u^2)^2-24\varepsilon\delta a^2)}, \\ \delta t_2(z)=\frac{q_5(q_5+3u^2)^2(q_5-3u^2)+12\varepsilon\delta a^2(q_5^2+24q_5u^2+27u^4)-288a^4}{36u((q_5+3u^2)^2-24\varepsilon\delta a^2)}. \end{gathered} \end{equation} \tag{11} $$
Оно определяет гиперповерхность в пространстве $\mathbb{R}^4\setminus\{a=0\}$.

Лемма 10. Если $\varepsilon=-\delta$, то гиперповерхность $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ совпадает с $\Gamma_{\varepsilon}$. Если же $\varepsilon=\delta$, то $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ получается из $\Gamma_{\varepsilon}$ добавлением точек $w=(a,b,t_2,q_5)$, удовлетворяющих условиям

$$ \begin{equation} q_5^2=12a^2, \quad t_2q_5=3ab,\qquad a\neq0. \end{equation} \tag{12} $$
Каждая из этих точек определяет уравнение (9), имеющее кратный корень $u=0$.

Доказательство. Точки гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$, для которых уравнение (9) имеет ненулевой кратный вещественный корень $u$, определяются системой (10). Из этой системы при $au\neq0$ следуют формулы (11).

Если $a\neq0$ и уравнение (9) имеет кратный корень $u=0$, то $q_5^2=12\varepsilon\delta a^2$ в силу первого уравнения системы (10). Но это возможно лишь при $\varepsilon\delta=1$. Условие $t_2q_5=3ab$ следует из уравнения (9). Лемма 10 доказана.

Замечание. Множество точек $w\in\Gamma_{\varepsilon}$, удовлетворяющих условиям (12), задается формулами

$$ \begin{equation} \begin{gathered} \, \delta b=-\kappa a\sqrt{|a|},\qquad \delta t_2=\frac{\sqrt{3}}{2}\kappa |a|\sqrt{|a|},\qquad q_5=-2\sqrt{3}\,|a|, \\ \kappa=\pm\sqrt[4]{\frac{4}{3}},\qquad a\in\mathbb{R}\setminus\{0\}. \end{gathered} \end{equation} \tag{13} $$
Уравнение (9) для таких точек имеет два кратных корня $u=0$ и $u=\kappa\sqrt{|a|}$.

Рассмотрим функцию

$$ \begin{equation*} G_{\varepsilon}\colon \mathbb{R}^3\to\mathbb{R},\qquad z=(a,u,q_5)\mapsto q_5(q_5+3u^2)^3-36\varepsilon\delta a^2(q_5^2-9u^4)+288a^4 \end{equation*} \notag $$
и кривую в $\mathbb{R}^3$, заданную формулами
$$ \begin{equation} a^2=\frac{3}{4}(5\sqrt{5}+11\varepsilon\delta)u^4,\quad q_5=-3(2+\varepsilon\delta\sqrt{5})u^2,\qquad u\in\mathbb{R} \setminus\{0\}. \end{equation} \tag{14} $$
Непосредственная подстановка показывает, что кривая (14) лежит на поверхности в пространстве ${\mathcal D}_{\varepsilon}$, заданной уравнением $G_{\varepsilon}(z)=0$.

Замечание. Образ кривой (14) при отображении $\Gamma_{\varepsilon}$ задается формулами

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \delta b=-\frac12\sqrt{\sqrt{5}+2\varepsilon\delta}\,\kappa a\sqrt{|a|},\qquad \delta t_2=\varepsilon\delta\sqrt{\frac56}\,\kappa|a|\sqrt{|a|}, \\ q_5=-\varepsilon\delta\sqrt{3(\sqrt{5}+\varepsilon\delta)}\,|a|, \end{gathered} \end{equation*} \notag $$
где
$$ \begin{equation*} \kappa=\pm\sqrt[4]{\frac{3-\varepsilon\delta\sqrt{5}}3},\qquad a\in\mathbb{R}\setminus\{0\}. \end{equation*} \notag $$

Лемма 11. Пусть $w=(a,b,t_2,q_5)\in\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$, $u$ – кратный вещественный корень уравнения (9), определенного точкой $w$, и $z=(a,u,q_5)$. Тогда справедливы утверждения.

I) Кратность корня $u$ равна $2$, если и только если имеет место один из следующих двух случаев:

В каждом из случаев ветвь гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ в точке $w$, соответствующая корню $u$, является ростком гладкой гиперповерхности.

II) Кратность корня $u$ равна $3$, если и только если имеет место один из следующих двух случаев:

В каждом из случаев росток гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ в точке $w$ диффеоморфен ростку прямого произведения полукубической параболы на двумерную плоскость.

III) Кратность корня $u$ равна $4$, если и только если точка $z$ лежит на кривой (14); в этом случае росток гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ в точке $w$ диффеоморфен ростку прямого произведения ласточкина хвоста на прямую.

Доказательство. Рассмотрим росток семейства $P_{\varepsilon}$ в точке $(u,w)$. Пусть корень $u$ имеет кратность $2$, т. е. $\partial^2P_{\varepsilon}(u,w)/\partial u^2\neq0$. Тогда росток $P_{\varepsilon}$ является $V$-версальной деформацией ростка функции одной переменной в невырожденной критической точке с нулевым критическим значением (см. [5]). Действительно, частные производные
$$ \begin{equation*} \frac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial b}(u,w)=(q_5+3u^2)^2+24\varepsilon\delta a^2,\qquad \frac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial t_2}(u,w)=-12\varepsilon\delta a(q_5+3u^2) \end{equation*} \notag $$
не обращаются одновременно в нуль при $a\neq0$. Следовательно, ветвь $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ в точке $w$, соответствующая корню $u$, является ростком гладкой гиперповерхности.

Пусть кратность корня $u$ больше $2$, т. е.

$$ \begin{equation*} \frac{\partial^2P_{\varepsilon}}{\partial u^2}(u,w)=12\bigl(b(q_5+9u^2)-2\varepsilon auq_5-\varepsilon a(q_5u+6\delta t_2)\bigr)=0. \end{equation*} \notag $$
Тогда $u$ – единственный кратный корень уравнения (9), удовлетворяющий условию
$$ \begin{equation} \varepsilon a(q_5u+6\delta t_2)=b(q_5+9u^2)-2\varepsilon auq_5. \end{equation} \tag{15} $$
Система уравнений (10), (15) при $au\neq0$ равносильна системе, составленной из уравнения $G_{\varepsilon}(z)=0$ и формул (11). В случае $a\neq0$, $u=0$ система, составленная из уравнений (9), (15) и первого уравнения системы (10), имеет решения только при $\varepsilon\delta=1$. Эти решения определяются формулами (12) и $b=t_2=0$.

Если кратность корня $u$ равна $3$, т. е. $\partial^3P_{\varepsilon}(u,w)/\partial u^3\neq0$, то росток $P_{\varepsilon}$ является $V$-версальной деформацией ростка функции одной переменной в критической точке кратности $2$ с нулевым критическим значением. Действительно, определители

$$ \begin{equation*} \begin{aligned} \, \det\begin{pmatrix} \dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial b}(u,w)&\dfrac{\partial^2 P_{\varepsilon}}{\partial u\,\partial b}(u,w) \\ \dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial t_2}(u,w)&\dfrac{\partial^2 P_{\varepsilon}}{\partial u\,\partial t_2}(u,w) \end{pmatrix}&=72\varepsilon\delta au\bigl((3u^2+q_5)^2-24\varepsilon\delta a^2\bigr), \\ \det\begin{pmatrix} \dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial b}(u,w)&\dfrac{\partial^2 P_{\varepsilon}}{\partial u\,\partial b}(u,w) \\ \dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial q_5}(u,w)&\dfrac{\partial^2 P_{\varepsilon}}{\partial u\,\partial q_5}(u,w) \end{pmatrix}&=24\delta a^2(2q_5^2+3 q_5 u^2+9u^4-36\delta ut_2) \end{aligned} \end{equation*} \notag $$
обращаются одновременно в нуль только при $u=q_5=0$. Но $u$ и $q_5$ не могут обратиться в нуль одновременно для ростка $P_{\varepsilon}$ при $a\neq0$ в силу первого уравнения системы (10). Следовательно, росток $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ в точке $w$ диффеоморфен ростку прямого произведения полукубической параболы на двумерную плоскость.

Пусть теперь кратность корня $u$ больше $3$, т. е.

$$ \begin{equation*} \frac{\partial^3 P_{\varepsilon}}{\partial u^3}(u,w)=36(6bu-\varepsilon aq_5)=0. \end{equation*} \notag $$
Тогда из второго уравнения системы (10) и условия $a\neq0$ получаем
$$ \begin{equation*} q_5(q_5+3u^2)^2+72\varepsilon\delta a^2u^2=0. \end{equation*} \notag $$
Это равенство вместе с уравнением $G_{\varepsilon}(z)=0$ образует систему, из которой следуют соотношение
$$ \begin{equation*} q_5^2+12u^2q_5-9u^4=0 \end{equation*} \notag $$
и формулы (14).

Заметим, что в данном случае

$$ \begin{equation*} \frac{\partial^4 P_{\varepsilon}}{\partial u^4}(u,w)=216b\neq0, \end{equation*} \notag $$
т. е. кратность корня $u$ равна $4$. В точках кривой (14)
$$ \begin{equation*} \det\begin{pmatrix} \dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial b}(u,w)&\dfrac{\partial^2 P_{\varepsilon}}{\partial u\,\partial b}(u,w)&\dfrac{\partial^3 P_{\varepsilon}}{\partial u^2\,\partial b}(u,w) \\ \dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial t_2}(u,w)&\dfrac{\partial^2 P_{\varepsilon}}{\partial u\,\partial t_2}(u,w)&\dfrac{\partial^3 P_{\varepsilon}}{\partial u^2\,\partial t_2}(u,w) \\ \dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial q_5}(u,w)&\dfrac{\partial^2 P_{\varepsilon}}{\partial u\,\partial q_5}(u,w)&\dfrac{\partial^3 P_{\varepsilon}}{\partial u^2\,\partial q_5}(u,w) \end{pmatrix}{=}\,46656\varepsilon(275+123\sqrt{5}\,\varepsilon\delta)u^{10}\,{\neq}\,0. \end{equation*} \notag $$
Поэтому росток $P_{\varepsilon}$ является $V$-версальной деформацией ростка функции одной переменной в критической точке кратности $3$ с нулевым критическим значением.

Таким образом, росток гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ в точке $w$ диффеоморфен ростку прямого произведения ласточкина хвоста на прямую. Лемма 11 доказана.

Замечание. При $\varepsilon=\delta$ прямые (12) в гиперплоскости $a=\mathrm{const}\neq0$ являются касательными в точках $q_5=\pm2\sqrt{3}\,|a|$, $b=t_2=0$ к ребру возврата сечения гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ этой гиперплоскостью.

Из лемм 3 и 11 получаем следующее утверждение.

Лемма 12. Пусть $w=(a,b,t_2,q_5)$, $(\overline{t},\overline{q})=\varphi_\varepsilon(w)$, $z=(a,u,q_5)$ и $\overline{v}=(v_1,v_2)$ – решение уравнения (4) такое, что $v_1=uv_2$, $v_2\neq0$, $u\in\mathbb{R}$. Предположим, что $a\neq0$ и $K_{\varepsilon}(w)\neq0$. Тогда росток $f$ в точке $(\overline{t}+\overline{v},\overline{q})$ имеет особенность следующего типа:

$A_1$, если $u\neq0$, $w\notin \Gamma_\varepsilon$;

$A_1$, если $u=0$, $w$ не удовлетворяет условиям (12);

$A_2$, если $u\neq0$, $w\in \Gamma_\varepsilon$, $G_\varepsilon(z)\neq0$;

$A_2$, если $u=0$, $w$ удовлетворяет условиям (12), $bt_2\neq0$;

$A_3^\pm$, если $u\neq0$, $w\in \Gamma_\varepsilon$, $G_\varepsilon(z)=0$, $z$ не лежит на кривой (14);

$A_4$, если $u\neq0$, $w\in \Gamma_\varepsilon$, $z$ лежит на кривой (14).

Замечание. Верхний индекс типа особенности в предпоследнем случае определяется при помощи леммы 1.

Рассмотрим функцию

$$ \begin{equation*} Q_{\varepsilon}\colon \mathbb{R}^3\to\mathbb{R},\qquad z=(a,u,q_5)\mapsto q_5^3\bigl((q_5+3u^2)^2-24\varepsilon\delta a^2\bigr)+144a^4(q_5-3u^2). \end{equation*} \notag $$
Непосредственная подстановка показывает, что кривая (14) лежит на поверхности в пространстве ${\mathcal D}_{\varepsilon}$, заданной уравнением $Q_{\varepsilon}(z)=0$.

Лемма 13. Пусть $w=(a,b,t_2,q_5)\in\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$, $u$ – кратный вещественный корень уравнения (9), определенного точкой $w$, и $z=(a,u,q_5)$. Тогда уравнение (9) имеет второй кратный вещественный корень $u_*\neq u$, если и только если имеет место один из следующих двух случаев:

1) $u\neq0$, $Q_{\varepsilon}(z)=0$ и точка $z$ не лежит на кривой (14);

2) $\varepsilon=\delta$, $u=0$ и точка $w$ лежит на кривой (13).

В обоих случаях кратности корней $u,u_*$ равны $2$, а росток гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ в точке $w$ является ростком трансверсального пересечения двух гладких гиперповерхностей.

Доказательство. Уравнение (9) при $a\neq0$ имеет два различных кратных корня, если и только если $b\neq0$. В этом случае оно равносильно уравнению
$$ \begin{equation} U^4+XU^2+YU+Z=0 \end{equation} \tag{16} $$
относительно $U=6bu-\varepsilon aq_5$, где
$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, X=-6(a^2q_5^2-4b^2q_5+24\varepsilon\delta abt_2), \qquad Y=-8\delta a^2(\varepsilon\delta aq_5^3+36bt_2q_5-72ab^2), \\ Z\,{=}\,{-}3\bigl(a^4q_5^4\,{+}\,8a^2b^2q_5^3\,{-}\,48b(b^3\,{-}\,\varepsilon\delta a^3t_2)q_5^2\,{+}\,192\varepsilon\delta ab^2(3bt_2\,{-}\,a^3)q_5\,{-}\,1152\varepsilon\delta a^2b^4\bigr). \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

Уравнение (16) имеет два различных кратных вещественных корня, если и только если

$$ \begin{equation*} X=-2U^2,\qquad Y=0,\qquad Z=U^4, \end{equation*} \notag $$
где $U\neq0$. При этом корни уравнения равны $U$ и $-U$.

Пусть $u\neq0$ и $X+2U^2=0$. Тогда из формул (11) и условия $a\neq0$ следует $Q_{\varepsilon}(z)=0$. Если $U=0$, то из второго уравнения системы (10) получим

$$ \begin{equation*} q_5(q_5+3u^2)^2+72\varepsilon\delta a^2u^2=0. \end{equation*} \notag $$
Это равенство вместе с уравнением $Q_{\varepsilon}(z)=0$ образует систему, из которой следуют соотношение
$$ \begin{equation*} q_5^2+12u^2q_5-9u^4=0 \end{equation*} \notag $$
и формулы (14). Если же уравнение (9) имеет кратный корень $u=0$, то $\varepsilon\delta=1$, а $w$ удовлетворяет условиям (13) в силу леммы 10. При этом уравнение имеет еще и ненулевой кратный вещественный корень.

Пусть $u$ и $u_*$ – два различных кратных вещественных корня уравнения (9). Тогда оба этих корня имеют кратность $2$. Соответствующие им ветви гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ в точке $w$ являются ростками гладких гиперповерхностей по лемме 11. Докажем, что эти ветви трансверсальны в точке $w$, т. е. определитель

$$ \begin{equation} \det\begin{pmatrix} \dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial b}(u,w)&\dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial b}(u_*,w) \\ \dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial t_2}(u,w)&\dfrac{\partial P_{\varepsilon}}{\partial t_2}(u_*,w) \end{pmatrix}=36\varepsilon\delta a(u_*^2-u^2)\bigl((q_5+3u_*^2)(q_5+3u^2)-24\varepsilon\delta a^2\bigr) \end{equation} \tag{17} $$
отличен от нуля.

Действительно,

$$ \begin{equation} u_*+u=\frac{\varepsilon aq_5}{3b}. \end{equation} \tag{18} $$
Если $q_5=0$, то из $Q_{\varepsilon}(z)=0$ следует $u=0$. Но $u$ и $q_5$ не могут обратиться в нуль одновременно при $a\neq0$ в силу условий (12). Следовательно, $u_*+u\neq0$.

Далее, без ограничения общности можно считать, что $u\neq0$. Поэтому из равенства (18) и первой формулы (11) следует, что если

$$ \begin{equation*} (q_5+3u_*^2)(q_5+3u^2)-24\varepsilon\delta a^2=0, \end{equation*} \notag $$
то
$$ \begin{equation*} q_5^3(q_5+3u^2)\bigl((q_5+3u^2)^2-24\varepsilon\delta a^2\bigr)+144a^4(q_5-3u^2)^2=0. \end{equation*} \notag $$
Но такое уравнение не имеет общих решений с уравнением $Q_{\varepsilon}(z)=0$ в $\mathbb{R}^3\,{\setminus}\,\{au\,{=}\,0\}$. Таким образом, все множители в левой части равенства (17) отличны от нуля. Лемма 13 доказана.

Рассмотрим функции

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, R_{\varepsilon,1}\colon \mathbb{R}^3\to\mathbb{R}, \\ z=(a,u,q_5)\mapsto (q_5+3u^2)^2-12\varepsilon\delta a^2, \\ R_{\varepsilon,2}\colon \mathbb{R}^3\to\mathbb{R}, \\ z=(a,u,q_5)\mapsto 3456a^4u^2+q_5(q_5+3u^2)^4-12\varepsilon\delta a^2(q_5+3u^2)^2(q_5+9u^2). \end{gathered} \end{equation*} \notag $$
Уравнение $R_{\varepsilon,2}(z)=0$ задает гладкую поверхность в ${\mathcal D}_{\varepsilon}$. Множество точек $z\in{\mathcal D}_{\varepsilon}$ таких, что $R_{\varepsilon,1}(z)=0$, пусто, если $\varepsilon=-\delta$, и является гладкой поверхностью, если $\varepsilon=\delta$. Эта поверхность не пересекает поверхность $R_{\varepsilon,2}(z)=0$ в ${\mathcal D}_{\varepsilon}$.

Лемма 14. Множество точек пересечения гиперповерхностей $K_{\varepsilon}(w)=0$ и $\Gamma_{\varepsilon}$ в пространстве $\mathbb{R}^4\setminus\{a=0\}$ является образом поверхностей $R_{\varepsilon,1}(z)=0$ и $R_{\varepsilon,2}(z)=0$ при отображении $\Gamma_{\varepsilon}$. Точки поверхности $R_{\varepsilon,1}(z)=0$ переходят при этом в точки касания указанных гиперповерхностей.

Это утверждение следует из того, что уравнение $K_{\varepsilon}(\Gamma_{\varepsilon}(z))=0$ равносильно в ${\mathcal D}_{\varepsilon}$ уравнению $R_{\varepsilon,1}^2(z)R_{\varepsilon,2}(z)=0$.

Лемма 15. Если $\varepsilon=\delta$, то поверхность в ${\mathcal D}_{\varepsilon}$, заданная уравнением $R_{\varepsilon,1}(z)\,{=}\,0$, не пересекает поверхность $G_{\varepsilon}(z)=0$, но пересекает поверхность $Q_{\varepsilon}(z)=0$ по кривым

$$ \begin{equation} a^2 =\frac38(7-3\sqrt{5})u^4, \quad q_5 =-\frac32(\sqrt{5}-1)u^2, \qquad u \in\mathbb{R}\setminus\{0\}, \end{equation} \tag{19} $$
$$ \begin{equation} a^2 =\frac38(7+3\sqrt{5})u^4, \quad q_5 =\frac32(\sqrt{5}+1)u^2, \qquad u \in\mathbb{R}\setminus\{0\}. \end{equation} \tag{20} $$

Поверхность в ${\mathcal D}_{\varepsilon}$, заданная уравнением $R_{\varepsilon,2}(z)=0$, не пересекает поверхность $G_{\varepsilon}(z)=0$ ни при каком $\varepsilon$. Она не пересекает поверхность $Q_{\varepsilon}(z)=0$ при $\varepsilon=-\delta$, но пересекает ее при $\varepsilon=\delta$ по кривым

$$ \begin{equation} a^2 =\frac38(7-3\sqrt{5})u^4, \quad q_5 =3(\sqrt{5}-2)u^2, \qquad u \in\mathbb{R}\setminus\{0\}, \end{equation} \tag{21} $$
$$ \begin{equation} a^2 =\frac38(7+3\sqrt{5})u^4, \quad q_5 =-3(\sqrt{5}+2)u^2, \qquad u \in\mathbb{R}\setminus\{0\}. \end{equation} \tag{22} $$

Справедливость этого утверждения проверяется непосредственным вычислением.

Замечание. Образы кривых (19) и (22) при отображении $\Gamma_{\varepsilon}$ совпадают и задаются формулами

$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \delta b=\kappa a\sqrt{|a|},\qquad \delta t_2=-\frac12\sqrt{\frac{5}{3}}\,\kappa|a|\sqrt{|a|},\qquad q_5=-\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)|a|, \\ \kappa=\pm\sqrt[4]{\frac{(3+\sqrt{5})^2}3},\qquad a\in\mathbb{R}\setminus\{0\}. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$
Образы кривых (20) и (21) при отображении $\Gamma_{\varepsilon}$ совпадают и задаются формулами
$$ \begin{equation*} \begin{gathered} \, \delta b=\kappa a\sqrt{|a|},\qquad \delta t_2=\frac12\sqrt{\frac{5}{3}}\,\kappa|a|\sqrt{|a|},\qquad q_5=\sqrt{3}(\sqrt{5}-1)|a|, \\ \kappa=\pm\sqrt[4]{\frac{(3-\sqrt{5})^2}3},\qquad a\in\mathbb{R}\setminus\{0\}. \end{gathered} \end{equation*} \notag $$

Из лемм 1215 получаем следующее утверждение.

Лемма 16. Рассмотрим сечение $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon,a}$ гиперповерхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon}$ гиперплоскостью $a=\mathrm{const}\neq 0$. Оно является двумерной поверхностью, параметризованной формулами (11). Плоскость параметров $u$, $q_5$ этой параметризации изображена на рис. 3 и 4. Точечные линии не входят в область определения параметризации. Сплошные толстые линии определяют особые точки поверхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon,a}$ (ребра возврата, линии самопересечения и ласточкины хвосты). Точки пунктирных линий переходят в точки пересечения поверхности $\widetilde{\Sigma}_{\varepsilon,a}$ с гиперповерхностью $K_{\varepsilon}(w)=0$. Тонкие горизонтальные прямые соответствуют значениям $q_5$, при которых указанные выше линии пересекаются (касаются, в частности), имеют особые точки, или касаются горизонтальных прямых $q_5=\mathrm{const}$. Все эти значения указаны в заштрихованных ячейках первого столбца табл. 3 и табл. 4.

Таблица 3.Количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ при $\varepsilon=-\delta$, $a\neq0$

$q_5$$A_2$$A_2A_1^2$$A_2A_1^4$$A_2^2$$A_2^2A_1^2$$A_2^3$Рис.
$(-\infty,0)$$0$$4$$4$$0$$8$$0$5
$0$$+2$$(-2)$$-2$$+4$$-2$$+2$6
$\Bigl(0,\sqrt{3(\sqrt{5}-1)}\,|a|\Bigr)$$2$$2$$2$$4$$6$$2$7
$\sqrt{3(\sqrt{5}-1)}\,|a|$$-2$$(-2)$$-6$$-2$
$\Bigl(\sqrt{3(\sqrt{5}-1)}\,|a|,+\infty\Bigr)$$2$$2$$0$$2$$0$$0$8
$\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$$2$$2$$4$$2$$8$$2$

Таблица 4.Количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ при $\varepsilon=\delta$, $a\neq0$

$q_5$$A_2$$A_2A_1^2$$A_2A_1^4$$A_2^2$$A_2^2A_1^2$$A_2^3$Рис.
$\bigl(-\infty,-\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)|a|\bigr)$$2$$4$$12$$4$$20$$2$9
$-\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)|a|$$+2$$-2$$+2$$-4,+2$$-2,+2$
$\bigl(-\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)|a|,-2\sqrt{6}\,|a|\bigr)$$2$$6$$10$$6$$18$$2$10
$-2\sqrt{6}\,|a|$$-2$$-4$
$\bigl(-2\sqrt{6}\,|a|,-2\sqrt{3}\,|a|\bigr)$$2$$6$$8$$6$$14$$2$11
$-2\sqrt{3}\,|a|$$(-2)$$-2$$-2$
$\Bigl(-2\sqrt{3}|a|,-\sqrt{3(\sqrt{5}\,{+}\,1)}|a|\Bigr)$$2$$4$$6$$6$$12$$2$12
$-\sqrt{3(\sqrt{5}+1)}|a|$$-2$$(-2)$$-6$$-2$
$\Bigl(-\sqrt{3(\sqrt{5}+1)}|a|,0\Bigr)$$2$$4$$4$$4$$6$$0$13
$0$$(+2),+4$$+2$$+4$$+2$14
$\bigl(0,\sqrt{3}(\sqrt{5}-1)|a|\bigr)$$2$$10$$4$$6$$10$$2$15
$\sqrt{3}(\sqrt{5}-1)|a|$$(-2)$$-2$$-2,+4$$-2,+2$
$\bigl(\sqrt{3}(\sqrt{5}-1)|a|,{8\sqrt{6}}/{9}|a|\bigr)$$2$$8$$6$$4$$12$$2$16
${8\sqrt{6}}/{9}|a|$$-2$$(-2)$$-2,(-2)$
$({8\sqrt{6}}/{9}|a|,\sqrt{6}\,|a|)$$2$$6$$4$$4$$8$$2$17
$\sqrt{6}\,|a|$$-2$$-2$$-2$$-2$
$(\sqrt{6}\,|a|,2\sqrt{3}\,|a|)$$2$$4$$4$$2$$6$$0$18
$2\sqrt{3}\,|a|$$(-2)$$-2$$-2$
$(2\sqrt{3}\,|a|,2\sqrt{6}\,|a|)$$2$$2$$2$$2$$4$$0$19
$2\sqrt{6}\,|a|$$-2$$-4$
$(2\sqrt{6}\,|a|,+\infty)$$2$$2$$0$$2$$0$$0$20
$\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$$2$$6$$12$$6$$28$$8$

Теперь мы можем подробно описать стратификацию $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ при $a\neq0$.

Предложение 3. Пусть $\varepsilon=-\delta$ и $a\neq0$. Тогда справедливы следующие утверждения:

1) имеется ровно два значения $q_5$, при переходе через которые стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ меняет дифференцируемый тип; эти бифуркационные значения указаны в заштрихованных ячейках первого столбца табл. 3; бифуркационные значения разбивают ось $q_5$ на три открытых интервала; стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$, отвечающие двум разным значениям $q_5$, диффеоморфны, если и только если оба этих значения одновременно принадлежат одному из интервалов небифуркационных значений;

2) стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ для разных значений $q_5$ изображены (с точностью до диффеоморфизма) на рисунках, номера которых указаны в последнем столбце табл. 3; эти рисунки обладают всеми свойствами, перечисленными в п. 2 предложения 2; кроме того, точки возврата являются стратами типа $A_3^{\pm}A_2A_1$; при движении по сплошной линии тип одномерного страта не меняется при переходе через точку возврата или через точку, лежащую на пунктирной линии; заштрихованные страты исчезают (вместе с границами) при переходе $q_5$ через бифуркационное значение в порядке возрастания; заштрихованные двумерные страты на рис. 7 имеют тип $A_2A_1^4$;

3) в строках табл. 3, соответствующих интервалам небифуркационных значений $q_5$, выписано количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ каждого из типов $A_2^kA_1^m$, где $k\neq0$;

4) заштрихованные строки содержат информацию об изменении числа стратов при переходе $q_5$ через бифуркационное значение (указанное в первой ячейке) в порядке возрастания; а именно, если $c$ – бифуркационное значение, то “$-n$” (или “$(-n)$”) означает исчезновение $n$ стратов, каждый из которых принадлежит страту стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$, не пересекающемуся (соответственно пересекающемуся) с гиперплоскостью $q_5=c$; запись “$+n$” означает появление $n$ стратов, каждый из которых принадлежит страту стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$, не пересекающемуся с гиперплоскостью $q_5=c$;

5) в последней строке таблицы указано количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$; все страты этой стратификации стягиваемые.

Предложение 4. Пусть $\varepsilon=\delta$ и $a\neq0$. Тогда справедливы следующие утверждения:

1) имеется ровно $10$ значений $q_5$, при переходе через которые, стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ меняет дифференцируемый тип; эти бифуркационные значения указаны в заштрихованных ячейках первого столбца табл. 4; бифуркационные значения разбивают ось $q_5$ на $11$ открытых интервалов; стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$, отвечающие двум разным значениям $q_5$, диффеоморфны, если и только если оба этих значения одновременно принадлежат одному из интервалов небифуркационных значений;

2) стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ для разных значений $q_5$ изображены (с точностью до диффеоморфизма) на рисунках, номера которых указаны в последнем столбце табл. 4; эти рисунки обладают всеми свойствами, перечисленными в п. $2$ предложений 2 и 3; заштрихованные двумерные страты на рис. 10 и 12 имеют тип $A_2A_1^4$;

3) в строках табл. 4, соответствующих интервалам небифуркационных значений $q_5$, выписано количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a,q_5}$ каждого из типов $A_2^kA_1^m$, где $k\neq0$;

4) заштрихованные строки содержат информацию об изменении числа стратов при переходе $q_5$ через бифуркационное значение (указанное в первой ячейке) в порядке возрастания; а именно, если $c$ – бифуркационное значение, то “$-n$” (или “$(-n)$”) означает исчезновение $n$ стратов, каждый из которых принадлежит страту стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$, не пересекающемуся (соответственно пересекающемуся) с гиперплоскостью $q_5=c$; запись “$+n$” (или “$(+n)$”) означает появление $n$ стратов, каждый из которых принадлежит страту стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$, не пересекающемуся (соответственно пересекающемуся) с гиперплоскостью $q_5=c$;

5) в последней строке таблицы указано количество стратов стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$; все страты этой стратификации стягиваемые.

Замечание. Каждое число в последней строке табл. 3 и табл. 4 определяется числами, стоящими в том же столбце. А именно, оно равно сумме числа в предпоследней строке с абсолютными величинами всех чисел вида “$-n$” (без скобок!), указанными в других строках таблицы.

§ 5. Доказательство теоремы

Для доказательства теоремы необходимо проанализировать информацию, представленную в предыдущем параграфе.

Страты типа $A_2^3$.

Пусть $\varepsilon=-\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $2$ двумерных страта типа $A_2^3$. Они стягиваемые и лежат в гиперплоскости $q_5=0$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $2$ одномерных страта типа $A_2^3$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, не пересекающимся с гиперплоскостью $a=0$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2^3)$ состоит из $2+2\cdot2=6$ стягиваемых связных компонент.

Пусть $\varepsilon=\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $4$ двумерных страта типа $A_2^3$. Они стягиваемые и лежат в гиперплоскости $q_5=0$. Кроме того, она имеет $2$ одномерных страта типа $A_2^3$. Они стягиваемые и лежат в полупространстве $q_5<0$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $8$ одномерных стратов типа $A_2^3$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, из которых $6$ не пересекают гиперплоскость $a=0$, а $2$ других пересекают эту гиперплоскость по одномерным стратам типа $A_2^3$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2^3)$ состоит из $4+2+2\cdot6=18$ стягиваемых связных компонент.

Таким образом, многообразие $\mathfrak{S}_-(A_2^3)\cup\mathfrak{S}_+(A_2^3)$ имеет $6+18=24$ связных компоненты, причем все они стягиваемые. По лемме 4 многообразие $\Xi_{A_2^3}(E_6^\delta)$ состоит из $24:6=4$ стягиваемых связных компонент. Значит, примыкание лагранжевой моноособенности типа $E_6^\delta$ к мультособенности типа $A_2^3$ является простым, а $J_{A_2^3}(E_6^\delta)=4$.

Страты типа $A_2^2$.

Пусть $\varepsilon=-\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ не имеет стратов типа $A_2^2$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $2$ двумерных страта типа $A_2^2$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, не пересекающимся с гиперплоскостью $a=0$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2^2)$ состоит из $2\cdot2=4$ стягиваемых связных компонент.

Пусть $\varepsilon=\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $4$ двумерных страта типа $A_2^2$. Они стягиваемые и лежат в полупространстве $q_5<0$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $6$ двумерных стратов типа $A_2^2$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, из которых $2$ не пересекают гиперплоскость $a=0$, а $4$ других пересекают эту гиперплоскость по стратам типа $A_2^2$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2^2)$ состоит из $2\cdot2+4=8$ стягиваемых связных компонент.

Таким образом, многообразие $\mathfrak{S}_-(A_2^2)\cup\mathfrak{S}_+(A_2^2)$ имеет $4+8=12$ связных компонент, причем все они стягиваемые. По лемме 4 многообразие $\Xi_{A_2^2}(E_6^\delta)$ состоит из $12:4=3$ стягиваемых связных компонент. Значит, примыкание лагранжевой моноособенности типа $E_6^\delta$ к мультособенности типа $A_2^2$ является простым, а $J_{A_2^2}(E_6^\delta)=3$.

Страты типа $A_2$.

Пусть $\varepsilon=-\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $2$ трехмерных страта типа $A_2$. Они стягиваемые и лежат в полупространстве $q_5>0$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $2$ трехмерных страта типа $A_2$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, пересекающим гиперплоскость $a=0$ по стратам типа $A_2$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2)$ состоит из $2$ стягиваемых связных компонент.

Пусть $\varepsilon=\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $2$ трехмерных страта типа $A_2$, причем оба они стягиваемые. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ также имеет $2$ трехмерных страта типа $A_2$. Оба они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, пересекающим гиперплоскость $a=0$ по стратам типа $A_2$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2)$ состоит из $2$ стягиваемых связных компонент.

Таким образом, многообразие $\mathfrak{S}_-(A_2)\cup\mathfrak{S}_+(A_2)$ имеет $2+2=4$ связных компоненты, причем все они стягиваемые. По лемме 4 многообразие $\Xi_{A_2}(E_6^\delta)$ состоит из $4:2=2$ стягиваемых связных компонент. Значит, примыкание лагранжевой моноособенности типа $E_6^\delta$ к мультособенности типа $A_2$ является простым, а $J_{A_2}(E_6^\delta)=2$.

Страты типа $A_2^2A_1^2$.

Пусть $\varepsilon=-\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ не имеет стратов типа $A_2^2A_1^2$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $8$ двумерных стратов типа $A_2^2A_1^2$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, не пересекающимся с гиперплоскостью $a=0$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2^2A_1^2)$ состоит из $2\cdot8=16$ стягиваемых связных компонент.

Пусть $\varepsilon=\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $8$ двумерных стратов типа $A_2^2A_1^2$. Они стягиваемые и лежат в полупространстве $q_5<0$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $28$ двумерных стратов типа $A_2^2A_1^2$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, из которых $8$ лежат в множестве $-\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)|a|<q_5<2\sqrt{6}\,|a|$, $12$ пересекаются с областью $q_5<-\sqrt{3}(\sqrt{5}+1)|a|$, но не пересекают гиперплоскость $a=0$, а $8$ пересекают эту гиперплоскость по стратам типа $A_2^2A_1^2$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2^2A_1^2)$ состоит из $2\cdot8+2\cdot12+8=48$ стягиваемых связных компонент.

Таким образом, многообразие $\mathfrak{S}_-(A_2^2A_1^2)\cup\mathfrak{S}_+(A_2^2A_1^2)$ имеет $16+48=64$ связных компоненты, причем все они стягиваемые. По лемме 4 многообразие $\Xi_{A_2^2A_1^2}(E_6^\delta)$ состоит из $64:4=16$ стягиваемых связных компонент. Значит, примыкание лагранжевой моноособенности типа $E_6^\delta$ к мультособенности типа $A_2^2A_1^2$ является простым, а $J_{A_2^2A_1^2}(E_6^\delta)=16$.

Страты типа $A_2A_1^4$.

Пусть $\varepsilon=-\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $2$ трехмерных страта типа $A_2A_1^4$. Они стягиваемые и лежат в полупространстве $q_5<0$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $4$ трехмерных страта типа $A_2A_1^4$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, из которых $2$ не пересекают гиперплоскость $a=0$, а $2$ других пересекают эту гиперплоскость по стратам типа $A_2A_1^4$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2A_1^4)$ состоит из $2\cdot2+2=6$ стягиваемых связных компонент.

Пусть $\varepsilon=\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $6$ трехмерных стратов типа $A_2A_1^4$. Они стягиваемые и лежат в полупространстве $q_5<0$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $12$ трехмерных стратов типа $A_2A_1^4$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, из которых $6$ не пересекают гиперплоскость $a=0$, а $6$ других пересекают эту гиперплоскость по стратам типа $A_2A_1^4$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2A_1^4)$ состоит из $2\cdot6+6=18$ стягиваемых связных компонент.

Таким образом, многообразие $\mathfrak{S}_-(A_2A_1^4)\cup\mathfrak{S}_+(A_2A_1^4)$ имеет $6+18=24$ связных компоненты, причем все они стягиваемые. По лемме 4 многообразие $\Xi_{A_2A_1^4}(E_6^\delta)$ состоит из $24:2=12$ стягиваемых связных компонент. Значит, примыкание лагранжевой моноособенности типа $E_6^\delta$ к мультособенности типа $A_2A_1^4$ является простым, а $J_{A_2A_1^4}(E_6^\delta)=12$.

Страты типа $A_2A_1^2$.

Пусть $\varepsilon=-\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ не имеет стратов типа $A_2A_1^2$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $2$ трехмерных страта типа $A_2A_1^2$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, которые не пересекают гиперплоскость $a=0$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2A_1^2)$ состоит из $2\cdot2=4$ стягиваемых связных компонент.

Пусть $\varepsilon=\delta$. Тогда при $a=0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $4$ трехмерных страта типа $A_2A_1^2$. Они стягиваемые и лежат в полупространстве $q_5<0$. При $a\neq0$ стратификация $\mathfrak{S}_{\varepsilon,a}$ имеет $6$ трехмерных стратов типа $A_2A_1^2$. Они стягиваемые и принадлежат разным стратам стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon}$, из которых $2$ не пересекают гиперплоскость $a=0$, а $4$ других пересекают эту гиперплоскость по стратам типа $A_2A_1^2$ стратификации $\mathfrak{S}_{\varepsilon,0}$. Следовательно, многообразие $\mathfrak{S}_\varepsilon(A_2A_1^2)$ состоит из $2\cdot2+4=8$ стягиваемых связных компонент.

Таким образом, многообразие $\mathfrak{S}_-(A_2A_1^2)\cup\mathfrak{S}_+(A_2A_1^2)$ имеет $4+8=12$ связных компонент, причем все они стягиваемые. По лемме 4 многообразие $\Xi_{A_2A_1^2}(E_6^\delta)$ состоит из $12:2=6$ стягиваемых связных компонент. Значит, примыкание лагранжевой моноособенности типа $E_6^\delta$ к мультособенности типа $A_2A_1^2$ является простым, а $J_{A_2A_1^2}(E_6^\delta)=6$.

Теорема доказана.

Список литературы

1. В. И. Арнольд, Особенности каустик и волновых фронтов, Фазис, М., 1996, x+334 с.  mathscinet  zmath; англ. пер.: V. I. Arnol'd, Singularities of caustics and wave fronts, Math. Appl. (Soviet Ser.), 62, Kluwer Acad. Publ., Dordrecht, 1990, xiv+259 с.  crossref  mathscinet  zmath
2. В. Д. Седых, “О топологии устойчивых лагранжевых отображений с особенностями типов $A$ и $D$”, Изв. РАН. Сер. матем., 79:3 (2015), 159–202  mathnet  crossref  mathscinet  zmath; англ. пер.: V. D. Sedykh, “On the topology of stable Lagrangian maps with singularities of types $A$ and $D$”, Izv. Math., 79:3 (2015), 581–622  crossref  adsnasa
3. В. Д. Седых, “Топология особенностей ростка устойчивой вещественной каустики типа $E_6$”, Изв. РАН. Сер. матем., 82:3 (2018), 154–169  mathnet  crossref  mathscinet  zmath; англ. пер.: V. D. Sedykh, “Topology of singularities of a stable real caustic germ of type $E_6$”, Izv. Math., 82:3 (2018), 596–611  crossref  adsnasa
4. В. А. Васильев, Лагранжевы и лежандровы характеристические классы, М., МЦНМО, 2000, 312 с.; пер. с англ.: V. A. Vasil'ev, Lagrange and Legendre characteristic classes, Adv. Stud. Contemp. Math., 3, Gordon and Breach Science Publishers, New York, 1988, x+268 с.  mathscinet  zmath
5. В. И. Арнольд, А. Н. Варченко, С. М. Гусейн-Заде, Особенности дифференцируемых отображений, 3-е изд., МЦНМО, М., 2009, 672 с.; англ. пер. 1-го изд.: V. I. Arnol'd, S. M. Gusein-Zade, A. N. Varchenko, Singularities of differentiable maps, т. I, Mod. Birkhäuser Class., Reprint of 1985 ed., Birkhäuser/Springer, New York, 2012, xii+382 с.  crossref  mathscinet  zmath; v. II, Reprint of 1988 ed., x+492 pp.  crossref  mathscinet  zmath

Образец цитирования: В. Д. Седых, “О вещественной каустике типа $E_6$”, Изв. РАН. Сер. матем., 85:2 (2021), 113–141; Izv. Math., 85:2 (2021), 279–305
Цитирование в формате AMSBIB
\RBibitem{Sed21}
\by В.~Д.~Седых
\paper О вещественной каустике типа $E_6$
\jour Изв. РАН. Сер. матем.
\yr 2021
\vol 85
\issue 2
\pages 113--141
\mathnet{http://mi.mathnet.ru/im9015}
\crossref{https://doi.org/10.4213/im9015}
\adsnasa{https://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/bib_query?2021IzMat..85..279S}
\elib{https://elibrary.ru/item.asp?id=46665822}
\transl
\jour Izv. Math.
\yr 2021
\vol 85
\issue 2
\pages 279--305
\crossref{https://doi.org/10.1070/IM9015}
\isi{https://gateway.webofknowledge.com/gateway/Gateway.cgi?GWVersion=2&SrcApp=Publons&SrcAuth=Publons_CEL&DestLinkType=FullRecord&DestApp=WOS_CPL&KeyUT=000701440300001}
\elib{https://elibrary.ru/item.asp?id=46031029}
\scopus{https://www.scopus.com/record/display.url?origin=inward&eid=2-s2.0-85105032671}
Образцы ссылок на эту страницу:
  • https://www.mathnet.ru/rus/im9015
  • https://doi.org/10.4213/im9015
  • https://www.mathnet.ru/rus/im/v85/i2/p113
  • Эта публикация цитируется в следующих 2 статьяx:
    Citing articles in Google Scholar: Russian citations, English citations
    Related articles in Google Scholar: Russian articles, English articles
    Известия Российской академии наук. Серия математическая Izvestiya: Mathematics
    Статистика просмотров:
    Страница аннотации:306
    PDF русской версии:72
    PDF английской версии:17
    HTML русской версии:153
    Список литературы:34
    Первая страница:14
     
      Обратная связь:
     Пользовательское соглашение  Регистрация посетителей портала  Логотипы © Математический институт им. В. А. Стеклова РАН, 2024