Trường hợp elip chính là mô hình Klein của hình học hyperbolic
Phát biểu
Cho là hình cầu đơn vị mở. Khi đó đẳng cự với không gian hyperbolic -chiều có độ cong không đổi , thông qua mô hình Beltrami–Klein cổ điển. Tổng quát hơn, nếu là một hình ellipsoid bất kỳ (ảnh của qua một ánh xạ affine khả nghịch ), thì đẳng cự với thông qua , do đó cũng đẳng cự với không gian hyperbolic; không có lựa chọn nào khác của lồi bị chặn (không tương đương affine với một ellipsoid) cho ra một hình học Hilbert đẳng cự với một không gian độ cong không đổi.
Vì sao đúng?
Cấu trúc tỉ số kép của Hilbert chính là cấu trúc mà Arthur Cayley và Felix Klein đã dùng nhiều thập kỷ trước đó để xây dựng mô hình xạ ảnh của hình học hyperbolic bên trong một đường conic — bức thư năm 1895 của Hilbert gửi Klein đã chỉ ra rằng tính lồi của , chứ không phải hình dạng bậc hai đặc biệt của một đường conic, mới là điều khiến công thức tỉ số kép định nghĩa được một metric. Việc đặc biệt hóa cấu trúc tổng quát của ông trở lại do đó tái tạo lại chính xác cấu trúc của Cayley và Klein, đó chính là lý do vì sao hình elip là hình dạng duy nhất mà ở đó hình học Hilbert không chỉ 'giống hyperbolic' mà thực sự là hyperbolic.
Phác thảo chứng minh
Dọc theo một đường kính. Lấy và với . Đường thẳng qua chúng cắt tại và , nên , , , , cho . Điều này khớp chính xác với công thức chuẩn cho khoảng cách hyperbolic từ tâm tới một điểm ở bán kính Euclid trong mô hình Beltrami–Klein có độ cong .
Ngoài một đường kính. Với bất kỳ, chọn một phép quay (một đẳng cự của hình cầu tròn cố định ) đưa đường thẳng qua về một trục tọa độ; vì bảo toàn và đưa bốn điểm tới một bộ bốn khác có cùng tỉ số kép, nên , quy về trường hợp đường kính đã tính ở trên sau khi cũng tịnh tiến một điểm về nhờ một đẳng cự hyperbolic của (một phép biến đổi Möbius bảo toàn , phép này cũng bảo toàn tỉ số kép). Vì công thức thu được theo cách này chính xác là công thức khoảng cách Beltrami–Klein, nên đẳng cự với không gian hyperbolic -chiều.
Ellipsoid tổng quát. Cho là một ánh xạ tuyến tính (hoặc affine) khả nghịch với . Một ánh xạ affine là một phép biến đổi xạ ảnh của giữ nguyên siêu phẳng ở vô cực, và tỉ số kép của các điểm thẳng hàng bất biến qua mọi phép biến đổi xạ ảnh; vì đưa đường thẳng qua tới đường thẳng qua , và đưa cặp biên tới cặp biên của , nên nó đưa bộ bốn xác định tới bộ bốn xác định, do đó và vì vậy với mọi . Vậy là một đẳng cự, nên lại là không gian hyperbolic -chiều.
Chủ đề chứa định lý này
Chứng minh từng bước
Chưa có chứng minh từng bước cho định lý này.
Tài liệu tham khảo
- Athanase Papadopoulos, Marc Troyanov (eds.) (2014). Handbook of Hilbert Geometry · DOI:10.4171/147
- Athanase Papadopoulos, Marc Troyanov (2014). From Funk to Hilbert Geometry · arXiv:1406.6983
- David Hilbert (1895). Über die gerade Linie als kürzeste Verbindung zweier Punkte · DOI:10.1007/BF02096204