1. 引言
椭圆可积系统被认为是“顶部的可积系统” [1] ,通过周期性退化,它们可以简化为与有理函数相关的可积方程。现已知的例子是链式Landau-Lifshitz方程 [2] ,Adler的链式krichhever-novikov系统 [3] ,也称为Adler-bobenko-suris四边形方程 [4] 中的Q4方程,Adler-yamilov系统 [5] 和椭圆Korteweg-de Vries系统 [6] 。
本节要研究的椭圆KP方程是3 + 1维的,它是比2 + 1维椭圆Kdv方程更高阶的存在,当然由椭圆Kadomtsev-Petviashvili (KP)方程可以约化为椭圆Kdv方程,因此我们可以把椭圆KP方程看作是椭圆Kdv方程的推广。
椭圆链式KP系统的Lax表示与辅助向量在离散演化密切相关。在之前的研究中,我们已经通过直接线性化方法求出过椭圆KP的离散Lax对 [7] ,本文将介绍另一种方法——柯西矩阵法,通过Lax对的推导,能够更直观的感受椭圆KP方程的可积性。
2. 预备知识
本文考虑与椭圆曲线相关的链势Kadomtsev-Petviashvili (KP)方程的推广 [8] :
(2.1a)
(2.1b)
(2.1c)
(2.1d)
(2.1e)
(2.1f)
(2.1g)
其中
是常数,符号~,^,˙,¯分别表示相对于链方向
的位移 [9] 。(2.1)中的
是椭圆曲线的模
我们将引入c和r上的色散关系:
, (2.2a)
, (2.2b)
其中
称为链参数,分别与链方向
相关,M方向没有链参数。其中矩阵
,
,
,列向量
,行向量
。
考虑一组标量,用
表示,其中
,写作:
, (2.3a)
, (2.3b)
其中,
是一个辅助常数矩阵,使得
可逆。并且引入一些辅助向量 [10] :
, (2.4)
因此
可以被写成
,
, (2.5)
位移关系的显式计算可以利用式(2.3)实现。根据式(2.2)和式(2.4)的结构,结合
的定义,可以推断出
在
方向上的位移关系具有相似性,可以通过交换位移和链参数从一个方向变换到另一个方向。
3. 椭圆KP方程的Lax组
通过对(2.3)两边对于矩阵的变换,我们可以得到可以得到
的位移关系:
, (3.1a)
, (3.1b)
, (3.1c)
。 (3.1d)
接着,让我们引入标量函数:
结合式(3.1a)~式(3.1b)中
的具体情况,可以形成两个耦合线性方程:
, (3.2a)
。 (3.2b)
在一个2 × 1的块矩阵
,每个式中,每个块都包含一个N阶的列向量,则可将上述两种关系结合为
式,即:
, (3.3a)
其中:
,
,
, (3.3b)
类似地,我们有“−”和“˙”位移的类似方程
, (3.3c)
,(3.3d)
其中:
,
, (3.3e)
,
。(3.3f)
上述关系维度为2N × 2N的矩阵。当然它们也可以被理解为独立矩阵系统的集合,每个系统操作一个双分量向量,表示为N个解耦的2 × 2矩阵系统,其中:
, (3.4a)
, (3.4b)
, (3.4c)
其中:
(3.5)
是N个分量向量
的第i个分量,线性关系(3.55)的相容条件为
,
,得到:
, (3.6a)
, (3.6b)
。 (3.6c)
由此得到了椭圆链式KP系统的Lax对,或者更准确地说是用Lax三重态来积分的证据 [11] 。
4. 由Lax组到KP方程
由相容条件(3.6a)可得:
, (4.1a)
, (4.1b)
, (4.1c)
, (4.1d)
, (4.1e)
, (4.1f)
, (4.1g)
。 (4.1h)
由相容条件(3.6b)可得:
, (4.2a)
, (4.2b)
, (4.2c)
, (4.2d)
, (4.2e)
, (4.2f)
, (4.2g)
。 (4.2h)
由相容条件(3.6c)可得:
, (4.3a)
, (4.3b)
(4.3c)
, (4.3d)
,(4.3e)
, (4.3f)
, (4.3g)
。 (4.3h)
通过方程式(4.1a)、(4.2a)和(4.3a)或(4.1c)˙,(4.2c)^以及(4.3c)~我们可以得到(2.1a)。方程(1.1b)可以通过用方程(4.1e)˙,(4.2e)^和(4.3e)~得到。将方程(4.1d)、(4.2d)和(4.3d)相加,或(4.1e)、(4.2e)和(4.3e)相加,得到(2.1c)。最后,计算(4.1c) + (4.1d) −(4.1e)、(4.2c) + (4.2d)−(4.2e)和(4.3c) + (4.3d)−(4.3e)将得到(1.1d)、(1.1e)和(1.1f)。
5. 结论
本文首先给出了椭圆KP方程的色散关系和辅助向量
,从辅助向量
出发通过矩阵变换得到了
的位移关系式,当
里
可求出两个耦合线性方程,进一步得到了椭圆KP方程的Lax组,接着我们从Lax组反推出了椭圆KP方程。