Jump to content

Гировекторное пространство

(Перенаправлено с Гирогруппы )

Гировекторное пространство математическая концепция, предложенная Абрахамом А. Унгером для изучения гиперболической геометрии по аналогии с тем, как векторные пространства используются в евклидовой геометрии . [1] Унгар ввел концепцию гировекторов, сложение которых основано на гирогруппах, вместо векторов, сложение которых основано на группах . Унгар разработал свою концепцию как инструмент для формулировки специальной теории относительности в качестве альтернативы использованию преобразований Лоренца для представления композиции скоростей (также называемых повышениями - «повышения» являются аспектами относительных скоростей , и их не следует путать с « переносами »). ). Это достигается за счет введения «операторов-гироскопов»; два трехмерных вектора скорости используются для построения оператора, который действует на другую трехмерную скорость.

Гирогруппы представляют собой слабоассоциативные группоподобные структуры. Унгар предложил термин гирогруппа для того, что он назвал гирокоммутативной гирогруппой, при этом термин гирогруппа был зарезервирован для негирокоммутативного случая, по аналогии с группами и абелевыми группами . Гирогруппы — это разновидность петли Бола . Гирокоммутативные гирогруппы эквивалентны K-петлям. [2] хотя определяется по-другому. Условия петли Брука [3] и диадический симсет [4] также используются.

Математика гировекторных пространств

[ редактировать ]

Гирогруппы

[ редактировать ]

Гирогруппа ( G , ) состоит из базового набора G и бинарной операции удовлетворяющие следующим аксиомам:

  1. В G существует хотя бы один элемент 0, называемый левым тождеством с 0. a = a всех a в G. для
  2. Для каждого a в G существует элемент a в G называется левым обратным a с ( а ) а = 0.
  3. Для любых a , b , c в G существует единственный элемент gyr[ a , b ] c в G такой, что бинарная операция подчиняется левому гироассоциативному закону: a ( б в ) = ( а б ) гыр[ а , б ] c
  4. Отображение gyr[ a , b ]: G G, заданное формулой c ↦ gyr[ a , b ] c является автоморфизмом магмы , ( G , ) – то есть gyr[ a , b ] является членом Aut( G , ), а автоморфизм gyr[ a , b ] группы G называется гироавтоморфизмом группы G, порожденным a , b в G . Операция gyr: G × G → Aut( G , ) называется гиратором G .
  5. Гироавтоморфизм gyr[ a , b ] обладает свойством левой петли gyr[ a , b ] = gyr[ a б , б ]

Первая пара аксиом аналогична аксиомам группы . Последняя пара представляет аксиомы гиратора, а средняя аксиома связывает две пары.

Поскольку гирогруппа имеет обратные и единицу, она квалифицируется как квазигруппа и петля .

Гирогруппы являются обобщением групп . Каждая группа является примером гирогруппы с gyr[ a , b определенной как тождественная карта для всех a и b в G. ] ,

Пример конечной гирогруппы приведен в [5] .

Личности

[ редактировать ]

Некоторые тождества, справедливые в любой гирогруппе ( G , ) являются:

  1. (вращение)
  2. (левая ассоциативность)
  3. (правая ассоциативность)

Кроме того, можно доказать закон инверсии гирации, который является мотивацией для определения гирокоммутативности ниже:

  1. (закон инверсии вращения)

Некоторые дополнительные теоремы, которым удовлетворяет группа гирации любой гирогруппы, включают:

  1. (идентификация)
  2. (закон обращения гироавтоморфизма)
  3. (движение даже собственности)
  4. (свойство правого цикла)
  5. (свойство левого цикла)

Дополнительные личности указаны на стр. 50 [6] . Одним из особенно полезных следствий приведенных выше тождеств является то, что гирогруппы удовлетворяют левому свойству Бола.

Гирокоммутативность

[ редактировать ]

Гирогруппа (Г, ) гирокоммутативна , если ее бинарная операция подчиняется гирокоммутативному закону: a b = gyr[ a , b ]( b а ). Для сложения релятивистских скоростей эта формула, показывающая роль вращения, связывающая a + b и b + a, была опубликована в 1914 году Людвиком Зильберштейном . [7] [8]

Коаддиция

[ редактировать ]

В каждой гирогруппе можно определить вторую операцию, коаддицией : называемую б = а диск [ и , б ] б всех а , б G. для Коприсоединение коммутативно, если сложение гирогрупп гирокоммутативно.

Модель диска/шара Бельтрами-Клейна и дополнение Эйнштейна

[ редактировать ]

Релятивистские скорости можно рассматривать как точки в модели Бельтрами-Клейна гиперболической геометрии, поэтому сложение векторов в модели Бельтрами-Клейна можно задать формулой сложения скоростей . Чтобы формула могла быть обобщена для сложения векторов в гиперболическом пространстве размерностей больше 3, формула должна быть записана в форме, позволяющей избежать использования векторного произведения в пользу скалярного произведения .

В общем случае эйнштейновское сложение двух скоростей и задается в координатно-независимой форме как:

где - гамма-фактор, определяемый уравнением .

Используя координаты, это становится:

где .

Сложение скоростей Эйнштейна коммутативно и ассоциативно только тогда, когда и параллельны . Фактически

и

где «gyr» — математическая абстракция прецессии Томаса в оператор, называемый вращением Томаса и определяемый формулой

для всех ш . Прецессия Томаса имеет интерпретацию в гиперболической геометрии как дефект отрицательного гиперболического треугольника .

Композиция преобразований Лоренца

[ редактировать ]

Если матричная форма вращения 3 × 3, примененная к 3-координатам, задается gyr[ u , v ], то матричный поворот 4 × 4, примененный к 4-координатам, определяется следующим образом:

. [9]

Состав двух усилителей Лоренца B( u ) и B( v ) скоростей u и v определяется следующим образом: [9] [10]

Тот факт, что либо B( u v ) или B( v u ) можно использовать в зависимости от того, пишете ли вы вращение до или после объяснения парадокса скоростной композиции .

Композиция двух преобразований Лоренца L( u ,U) и L( v ,V ), которые включают вращения U и V, определяется следующим образом: [11]

В приведенном выше примере повышение можно представить в виде матрицы 4 × 4. Матрица повышения B( v повышение B, которое использует компоненты v т.е. v1 ) означает , v2 v3 , v , в записях матрицы, или, скорее, компоненты / c в представлении, которое используется в раздел Преобразование Лоренца#Формы матриц . Элементы матрицы зависят от компонентов 3-скорости v , и это то, что означает обозначение B( v ). Можно утверждать, что записи зависят от компонентов 4-скорости, поскольку 3 записи 4-скорости совпадают с записями 3-скорости, но полезность параметризации повышения по 3-скорости невелика. что результирующий импульс, который вы получаете из композиции двух ускорений, использует компоненты трехскоростной композиции u v в матрице B( u в ) Но полученное повышение также необходимо умножить на матрицу вращения, поскольку композиция повышения (т. е. умножение двух матриц 4 × 4) приводит не к чистому повышению, а к повышению и вращению, т. е. к матрице 4 × 4, которая соответствует вращение Gyr[ u , v ] для получения B( u )B( v ) = B( u v )Gyr[ u , v ] = Gyr[ u , v ]B( v в ).

Гировекторные пространства Эйнштейна

[ редактировать ]

Пусть s — любая положительная константа, пусть (V,+,.) — любое вещественное пространство скалярного произведения и пусть V s = { v ∈ V :| v |<s}. Гировекторное пространство Эйнштейна ( V s , ) — гирогруппа Эйнштейна ( V s , ) со скалярным умножением, заданным r v  =  s  tanh( r  tanh −1 (| v |/ s )) v /| в | где r — любое действительное число, v V s , v 0 и r   0 = 0 с обозначением v   р = р   v .

Скалярное умножение Эйнштейна не распределяется по сложению Эйнштейна, за исключением случаев, когда гировекторы коллинеарны (монораспределенность), но оно обладает другими свойствами векторных пространств: для любого положительного целого числа n и для всех действительных чисел r , r 1 , r 2 и v V s :

н   v  =  v   ...   v n терминов
( р 1 + р 2 )  v = р 1   v    год 2   v Скалярный распределительный закон
( р 1 р 2 )  v = р 1   ( год 2   v ) Скалярный ассоциативный закон
р  ( р 1   а    год 2   а ) = р  ( р 1   а )  р  ( год 2   а ) Монораспределительный закон

Модель диска/шара Пуанкаре и дополнение Мёбиуса

[ редактировать ]

Преобразование Мёбиуса открытого единичного диска в комплексной плоскости задается полярным разложением

[ нужна ссылка ] [ нужны разъяснения ] который можно записать как которое определяет сложение Мёбиуса .

Чтобы обобщить это на более высокие измерения, комплексные числа рассматриваются как векторы на плоскости. , а сложение Мёбиуса переписывается в векторной форме как:

Это дает векторное сложение точек в модели шара Пуанкаре гиперболической геометрии, где s=1 для комплексного единичного круга теперь становится любым s>0.

Гировекторные пространства Мёбиуса

[ редактировать ]

Пусть s — любая положительная константа, пусть (V,+,.) — любое вещественное пространство скалярного произведения и пусть V s = { v ∈ V :| v |<s}. Гировекторное пространство Мёбиуса ( V s , ) — гирогруппа Мёбиуса ( V s , ) со скалярным умножением, заданным r  v  =  s  tanh( r  tanh −1 (| v |/ s )) v /| в | где r — любое действительное число, v V s , v 0 и r   0 = 0 с обозначением v   р = р   v .

Скалярное умножение Мёбиуса совпадает со скалярным умножением Эйнштейна (см. раздел выше), и это происходит из-за того, что сложение Мёбиуса и сложение Эйнштейна совпадают для параллельных векторов.

Правильная пространственная модель скоростей и правильное сложение скоростей

[ редактировать ]

Правильная модель пространства скоростей гиперболической геометрии задается собственными скоростями со сложением векторов, заданными формулой правильного сложения скоростей: [6] [12] [13]

где бета-фактор, определяемый выражением .

Эта формула обеспечивает модель, использующую все пространство, по сравнению с другими моделями гиперболической геометрии, в которых используются диски или полуплоскости.

Пространство собственных гировекторов скорости представляет собой вещественное внутреннее пространство V с добавлением собственных гирогрупп скорости. и со скалярным умножением, определяемым r  v = s sinh( r sinh −1 (| v |/ s )) v /| в | где r — любое действительное число, v V , v 0 и r   0 = 0 с обозначением v   р = р   v .

Изоморфизмы

[ редактировать ]

гировекторного пространства Изоморфизм сохраняет сложение гирогрупп, скалярное умножение и скалярное произведение.

Три гировекторных пространства Мёбиуса, Эйнштейна и собственной скорости изоморфны.

Если M, E и U — гировекторные пространства Мёбиуса, Эйнштейна и собственной скорости соответственно с элементами v m , v e и v u, то изоморфизмы задаются формулой:

И Ты по
В E от
И М автор
М E от
М Ты по
В М автор

Из этой таблицы видно соотношение между и определяется уравнениями:

Это связано со связью преобразований Мёбиуса и преобразований Лоренца .

Гиротригонометрия

[ редактировать ]

Гиротригонометрия — это использование гироконцепций для изучения гиперболических треугольников .

Гиперболическая тригонометрия, как обычно изучается, использует гиперболические функции cos, sinh и т. д., и это контрастирует со сферической тригонометрией , которая использует евклидовы тригонометрические функции cos, sin, но с тождествами сферического треугольника вместо обычных тождеств плоского треугольника . Гиротригонометрия использует подход, основанный на использовании обычных тригонометрических функций, но в сочетании с тождествами гиротреугольника.

Центры треугольников

[ редактировать ]

Изучение центров треугольников традиционно связано с евклидовой геометрией, но центры треугольников также можно изучать в гиперболической геометрии. С помощью гиротригонометрии можно вычислить выражения для тригонометрических барицентрических координат, которые имеют одинаковую форму как для евклидовой, так и для гиперболической геометрии. Чтобы выражения совпадали, они не должны инкапсулировать указание суммы углов, равной 180 градусам. [14] [15] [16]

Сложение гиропараллелограмма

[ редактировать ]

С помощью гиротригонометрии можно найти сложение гировектора, работающее по закону гиропараллелограмма. Это дополнение к работе гирогруппы. Сложение гиропараллелограммов коммутативно.

аналогичен Закон гиропараллелограмма закону параллелограмма в том, что гиропараллелограмм представляет собой гиперболический четырехугольник, две гиродиагонали которого пересекаются в своих гиросрединных точках, точно так же, как параллелограмм представляет собой евклидов четырехугольник, две диагонали которого пересекаются в своих средних точках. [17]

Векторы Блоха

[ редактировать ]

Векторы Блоха , принадлежащие открытому единичному шару евклидова трехмерного пространства, можно изучать с помощью сложения Эйнштейна. [18] или сложение Мёбиуса. [6]

Обзоры книг

[ редактировать ]

Рецензия на одну из ранних книг о гировекторах. [19] говорит следующее:

«За прошедшие годы было предпринято несколько попыток продвигать неевклидов стиль для использования при решении задач в теории относительности и электродинамике, неспособность которых привлечь каких-либо существенных последователей, усугубляемая отсутствием каких-либо положительных результатов, должна заставить задуматься всем, кто задумывался о подобном проекте. До недавнего времени никто не мог предложить усовершенствование инструментов, доступных с 1912 года. В своей новой книге Унгар представляет важнейший недостающий элемент в арсенале неевклидова стиля: элегантный стиль. неассоциативный алгебраический формализм, который полностью использует структуру закона скоростной композиции Эйнштейна». [20]

Примечания и ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Авраам А. Унгар (2005), «Аналитическая гиперболическая геометрия: математические основы и приложения», опубликовано World Scientific, ISBN   981-256-457-8 , ISBN   978-981-256-457-3
  2. ^ Хуберт Кихле (2002), «Теория K-петлей», опубликовано Springer, ISBN   3-540-43262-0 , ISBN   978-3-540-43262-3
  3. ^ Лариса Сбитнева (2001), Неассоциативная геометрия специальной теории относительности, Международный журнал теоретической физики, Springer, Том 40, № 1 / январь 2001 г. два : 10.1023/A:1003764217705
  4. ^ Дж. Лоусон И. Лим (2004), Средства по диадическим наборам симметрии и полярным разложениям, статьи математического семинара Гамбургского университета, Springer, Том 74, № 1 / декабрь 2004 г. два : 10.1007/BF02941530
  5. ^ Унгар, А.А. (2000). «Гиперболическая тригонометрия в релятивистской скоростной модели Эйнштейна гиперболической геометрии» . Компьютеры и математика с приложениями . 40 (2–3): 313–332 [317]. дои : 10.1016/S0898-1221(00)00163-2 .
  6. ^ Перейти обратно: а б с Аналитическая гиперболическая геометрия и специальная теория относительности Альберта Эйнштейна , Абрахам А. Унгар, World Scientific, 2008, ISBN   978-981-277-229-9
  7. ^ Людвик Зильберштейн, Теория относительности, Макмиллан, 1914 г.
  8. ^ Страница 214, Глава 5, Симплектические матрицы: системы первого порядка и специальная теория относительности, Марк Каудерер, World Scientific, 1994, ISBN   978-981-02-1984-0
  9. ^ Перейти обратно: а б Унгар А.А.: Парадокс релятивистского состава скоростей и вращение Томаса. Найденный. Физ. 19, 1385–1396 (1989) дои : 10.1007/BF00732759
  10. ^ Унгар, А.А. (2000). «Релятивистский принцип взаимности составных скоростей». Основы физики . 30 (2). Спрингер: 331–342. CiteSeerX   10.1.1.35.1131 . дои : 10.1023/А:1003653302643 . S2CID   118634052 .
  11. ^ экв. (55), Вращение Томаса и параметризация группы преобразований Лоренца, А. А. Унгар – Foundations of Physics Letters, 1988
  12. ^ Прецессия Томаса: ее основные аксиомы гирогруппы и их использование в гиперболической геометрии и релятивистской физике, Абрахам А. Унгар, Основы физики, Vol. 27, № 6, 1997 г. дои : 10.1007/BF02550347
  13. ^ Унгар, А.А. (2006), «Группа релятивистских преобразований собственных скоростей». Архивировано 25 октября 2017 г. в Wayback Machine , «Прогресс в исследованиях в области электромагнетизма» , PIER 60 , стр. 85–94, уравнение (12).
  14. ^ Гиперболические барицентрические координаты , Абрахам А. Унгар, Австралийский журнал математического анализа и приложений, AJMAA, том 6, выпуск 1, статья 18, стр. 1–35, 2009 г.
  15. ^ Центры гиперболического треугольника: специальный релятивистский подход , Абрахам Унгар, Спрингер, 2010 г.
  16. ^ Барицентрическое исчисление в евклидовой и гиперболической геометрии: сравнительное введение. Архивировано 19 мая 2012 г. в Wayback Machine , Авраам Унгар, World Scientific, 2010.
  17. ^ Авраам А. Унгар (2009), «Гировекторный космический подход к гиперболической геометрии», Морган и Клейпул, ISBN   1-59829-822-4 , ISBN   978-1-59829-822-2
  18. ^ Геометрическое наблюдение за точностью Буреса между двумя состояниями кубита , Цзин-Лин Чен, Либинь Фу, Абрахам А. Унгар, Сянь-Гэн Чжао, Physical Review A, vol. 65, Выпуск 2
  19. ^ Абрахам А. Унгар (2002), «За пределами закона сложения Эйнштейна и его гироскопической прецессии Томаса: теория гирогрупп и гировекторных пространств», Клювер, ISBN   1-4020-0353-6 , ISBN   978-1-4020-0353-0
  20. ^ Скотт Уолтер, Основы физики 32: 327–330 (2002). Рецензия на книгу. Архивировано 16 мая 2011 г. в Wayback Machine .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d52c7a427733ec7e13e115eeffa23814__1719882840
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d5/14/d52c7a427733ec7e13e115eeffa23814.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Gyrovector space - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)