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TECHNISCHE UNIVERSIT¨ AT DARMSTADT

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Fachbereich Mathematik Prof. K. Große-Brauckmann

TECHNISCHE UNIVERSIT¨ AT DARMSTADT

A

22.4.2010

1. Problems for CMC Surfaces

Problem 1 – Lagrange identity:

Letx, y ∈Rn and consider the (n×n)-matrixC with entries cij :=xiyj −xjyi = det

xi xj

yi yj

.

a) ForkCk2 :=P

i<jc2ij half the L2-norm ofC, prove that kCk2 =|x|2|y|2− hx, yi2. b) Conclude the Lagrange identity

|v|2|w|2 =hv, wi2+|v×w|2 for all v, w∈R3.

c) Use a) to prove that the Cauchy-Schwarz inequality for Rn is exactly attained with equality when x, y are linearly dependent.

Problem 2 – Parallel surfaces of a cylinder:

LetC(r) be a cylinder in R3 with radiusr.

a) Show that for any pair of pointsp, q ∈ C(r) there is an isometry of R3 which maps p toq (is it unique?). Conclude that the Gauss curvature is constant.

b) Consider the cylinder Ch(r) of radius r with height h (without the bounding disks).

Insert the area ofCh(r+t) andCh(r) into the expansion of area for parallel surfaces and conclude thatK must vanish.

Problem 3 – Graphs and minimality:

Let the graph (x, y, u(x, y)) represent a minimal surface. Examine which of the following graphs (x, y,u(x, y)) are also minimal:˜

a) ˜u=u+c forc∈R, b) ˜u=cufor c∈R,

c) ˜u=cu(cx, cy) or ˜u=cu xc,yc

forc6= 0, where the domain is chosen suitably.

Problem 4 – Minimal Graphs:

a) Differentiate the divergence form of the mean curvature equation for graphs to obtain a second order equation in the standard form

nH = X

1≤i,j≤n

aij(x, u, Du)∂iju.

Compare the result with the formula for n= 2 obtained in class.

b) Prove that the equation is elliptic in the following sense: Supposeu: Ω→R satisfies

|∇u|< K. Then there exists λ=λ(K) such that X

1≤i,j≤n

aij(x, u, Du)ξiξj > λ|ξ|2 for all ξ∈Rn\ {0} and x∈Ω.

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