Scherk surface

Scherk surface

In mathematics, a Scherk surface is an example of a minimal surface. Sherk surfaces arise in the study of certain limiting minimal surface problems and in the study of harmonic diffeomorphisms of hyperbolic space.

Construction of a simple Scherk surface

Consider the following minimal surface problem on a square in the Euclidean plane: for a natural number "n", find a minimal surface Σ"n" as the graph of some function

:u_{n} : left( - frac{pi}{2}, + frac{pi}{2} ight) imes left( - frac{pi}{2}, + frac{pi}{2} ight) o mathbb{R}

such that

:lim_{y o pm pi / 2} u_{n} left( x, y ight) = + n mbox{ for } - frac{pi}{2} < x < + frac{pi}{2},:lim_{x o pm pi / 2} u_{n} left( x, y ight) = - n mbox{ for } - frac{pi}{2} < y < + frac{pi}{2}.

That is, "u""n" satisfies the minimal surface equation

:mathrm{div} left( frac{ abla u_{n} (x, y)}{sqrt{1 + | abla u_{n} (x, y) |^{2} ight) equiv 0

and

:Sigma_{n} = left{ (x, y, u_{n}(x, y)) in mathbb{R}^{3} left| - frac{pi}{2} < x, y < + frac{pi}{2} ight. ight}.

What, if anything, is the limiting surface as "n" tends to infinity? The answer was given by H. Scherk in 1834: the limiting surface Σ is the graph of

:u : left( - frac{pi}{2}, + frac{pi}{2} ight) imes left( - frac{pi}{2}, + frac{pi}{2} ight) o mathbb{R},:u(x, y) = log left( frac{cos (x)}{cos (y)} ight).

That is, the Scherk surface over the square is

:Sigma = left{ left. left(x, y, log left( frac{cos (x)}{cos (y)} ight) ight) in mathbb{R}^{3} ight| - frac{pi}{2} < x, y < + frac{pi}{2} ight}.

More general Scherk surfaces

One can consider similar minimal surface problems on other quadrilaterals in the Euclidean plane. One can also consider the same problem on quadrilaterals in the hyperbolic plane. In 2006, Harold Rosenberg and Pascal Collin used hyperbolic Sherk surfaces to construct a harmonic diffeomorphism from the complex plane onto the hyperbolic plane (the unit disc with the hyperbolic metric), thereby disproving the Schoen-Yau conjecture.

External links

* [http://eom.springer.de/S/s083350.htm Scherk surface] at the [http://eom.springer.de/default.htm Springer Online Encyclopaedia of Mathematics]


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