Преобразование Ельмслева - Hjelmslev transformation

В математике , то преобразование ельмслевова является эффективным методом для отображения целой гиперболической плоскости в круг с конечным радиусом . Преобразование было изобретено датским математиком Йоханнесом Ельмслевым . В нем использована 23-я теорема Николая Ивановича Лобачевского из его работы « Геометрические исследования по теории параллелей» .

Метод отображения бесконечной прямой на конечную в гиперболической геометрии

Лобачевский замечает, используя комбинацию своих 16-й и 23-й теорем, что фундаментальной характеристикой гиперболической геометрии является то, что должен существовать определенный угол параллельности для любой данной длины линии. Скажем, для длины AE ее угол параллельности равен BAF. В этом случае линии AH и EJ будут гиперпараллельны и, следовательно, никогда не встретятся. Следовательно, любая линия, проведенная перпендикулярно основанию AE между A и E, обязательно должна пересекать линию AH на некотором конечном расстоянии. Иоганнес Ельмслев открыл отсюда метод сжатия всей гиперболической плоскости в конечную окружность. Метод заключается в следующем: для любого угла параллельности проведите от его линии AE перпендикуляр к другому лучу; используя эту длину отсечения, например AH, в качестве радиуса окружности, «отобразите» точку H на линию AE. Эта отображенная таким образом точка H должна находиться между A и E. Применяя этот процесс для каждой линии внутри плоскости, бесконечное гиперболическое пространство, таким образом, становится ограниченным и плоским. Однако преобразование Ельмслева не дает правильного круга. Окружность созданного круга не имеет соответствующего местоположения в плоскости, и поэтому результат преобразования Ельмслева более уместно называть диском Ельмслева . Точно так же, когда это преобразование распространяется во всех трех измерениях, оно называется шаром Ельмслева .

Завершенный диск Ельмслева, представляющий две пересекающиеся прямые
Завершенный диск Ельмслева, представляющий две гиперпараллельные прямые
Завершенный диск Ельмслева, представляющий две ультрапараллельные прямые

При преобразовании сохраняется несколько свойств, позволяющих извлекать из него ценную информацию, а именно:

  1. Изображение круга, разделяющего центр трансформации, будет кругом с тем же центром.
  2. В результате изображения всех прямых углов с одной стороной, проходящей через центр, будут прямыми углами.
  3. Любой угол с центром преобразования в качестве вершины будет сохранен.
  4. Изображение любой прямой будет конечным отрезком прямой.
  5. Точно так же порядок точек сохраняется на протяжении всего преобразования, т. Е. Если B находится между A и C, изображение B будет между изображением A и изображением C.
  6. Изображение прямолинейного угла - это прямолинейный угол.

Преобразование Ельмслева и модель Клейна

Если мы представим гиперболическое пространство с помощью модели Клейна и примем центр преобразования Ельмслева как центральную точку модели Клейна, то преобразование Ельмслева отображает точки в единичном круге в точки в круге с центром в начале координат с радиус меньше единицы. Учитывая действительное число k, преобразование Ельмслева, если мы игнорируем вращения, фактически является тем, что мы получаем, отображая вектор u, представляющий точку в модели Клейна, в ku, где 0 <k <1. Таким образом, с точки зрения модели, это единообразное масштабирование, при котором линии переходят в линии и так далее. Для существ, живущих в гиперболическом пространстве, это может быть подходящий способ составления карты.

Смотрите также

использованная литература