Преобразование Кэли

Преобразование Кэли
Вид преобразований на комплексной плоскости (серая) и сфере Римана (чёрная)

Содержание

Определение

Преобразование Мёбиуса — комплексная рациональная функция вида

f(z)=\frac{az+b}{cz+d},\quad a,\;b,\;c,\;d\in\mathbb C,\quad ad-bc\ne 0.

Частный случай дробно-линейных функций.

Легко проверяются следующие простые свойства:

  1. Тождественное отображение f(z) = z также является частным случаем дробно-линейной функции. Достаточно подставить a=d=1,\;b=c=0.
  2. Суперпозиция дробно-линейных отображений также будет представлять собой дробно-линейную функцию.
  3. Функция, обратная дробно-линейной, также будет являться такой.

Отсюда следует, что дробно-линейные отображения будут образовывать группу относительно операции суперпозиции (группа автоморфизмов сферы Римана, именуемая также группой Мёбиуса). Эта группа является комплексно-трёхмерной группой Ли.

Алгебраические свойства

При умножении параметров a, b, c, d на ненулевое комплексное число преобразование не меняется. Говоря формально, группа Мёбиуса является проективизацией группы GL_2(\mathbb C), то есть имеет место эпиморфизм: \left(\begin{matrix}a&&b\\c&&d\end{matrix}\right)\to\frac{az+b}{cz+d}.

Группа Мёбиуса изоморфна специальной ортохронной группе Лоренца SO^\uparrow(1,\;3).

Предположим, что матрица, соответствующая преобразованию, нормализована, то есть удовлетворяет условию adbc = 1. Тогда, в зависимости следа этой матрицы, равного a + d, можно классифицировать все дробно-линейные отображения на три типа:

  • эллиптические — − 2 < a + d < 2;
  • параболические — a+d=\pm 2;
  • гиперболические — | a + d | > 2.

Геометрические свойства

Во-первых, очень важным фактом является то, что любое дробно-линейное отображение может быть представлено в виде комбинации сдвигов, инверсий, поворотов и растяжений. Это доказывается очень просто — произвольное отображение f(z)=\frac{az+b}{cz+d} разложимо в суперпозицию четырёх функций:

f(z) = f4(f3(f2(f1(z)))),

где

\begin{matrix}f_1(z)&amp;amp;amp;=&amp;amp;amp;z+\dfrac{d}{c},\\f_2(z)&amp;amp;amp;=&amp;amp;amp;\dfrac{1}{z},\\f_3(z)&amp;amp;amp;=&amp;amp;amp;-\dfrac{ad-bc}{c^2}z,\\f_4(z)&amp;amp;amp;=&amp;amp;amp;z+\dfrac{a}{c}.\end{matrix}

Во-вторых, непосредственно из этого сразу следует свойство сохранения углов и сохранения окружностей при дробно-линейном отображении, так как все отображения, входящие в суперпозицию, конформны. Обратим внимание, что подразумеваются окружности на сфере Римана, в число которых входят прямые на плоскости.

Далее, для произвольных трёх точек z_1,\;z_2,\;z_3 существует единственное дробно-линейное отображение, переводящее эти три точки в фиксированные три точки w_1,\;w_2,\;w_3. Это отображение строится простейшим образом, исходя из того, что дробно-линейные отображения сохраняют ангармоническое отношение четырёх точек комплексной плоскости. Искомое отображение будет строиться заменой одной из точек и её образа на переменную, соответственно, z и w; оно будет иметь общий вид:

\frac{(z_1-z_3)(z_2-z)}{(z_1-z)(z_2-z_3)}=\frac{(w_1-w_3)(w_2-w)}{(w_1-w)(w_2-w_3)}.

Преобразование Мёбиуса и единичный круг

Преобразование Мёбиуса (az + b) / (cz + d) является автоморфизмом единичного круга Δ = {z: | z | < 1} тогда и только тогда, когда a{\bar b}=c{\bar d} и \frac{bc}{ad} принадлежит полуинтервалу [0,\;1).

Как для сферы Римана, так и для единичного круга дробно-линейными функциями исчерпываются все конформные автоморфизмы. Автоморфизмы единичного круга образуют вещественно-трёхмерную подгруппу группы Мёбиуса; каждый из них выражается в виде:

f(z)=e^{i\varphi}\frac{z+\beta}{{\bar\beta}z+1},\quad\beta\in\Delta,\quad|e^{i\varphi}|=1.

Примеры

Одним из важных примеров дробно-линейной функции является преобразование Кэли:

W(z)=\frac{z-i}{z+i}.

Оно связывает две канонические области на комплексной плоскости, отображая верхнюю полуплоскость {\mathbb H}^+ в единичный круг Δ.

Далее, для произвольных трех точек z_1,\;z_2,\;z_3 существует единственное дробно-линейное отображение, переводящее эти три точки в фиксированные три точки w_1,\;w_2,\;w_3. Это отображение строится простейшим образом, исходя из того, что дробно-линейные отображения сохраняют ангармоническое отношение четырёх точек комплексной плоскости. Искомое отображение будет строиться заменой одной из точек и её образа на переменную, соответственно, z и w; оно будет иметь общий вид:

\frac{(z_1-z_3)(z_2-z)}{(z_1-z)(z_2-z_3)}=\frac{(w_1-w_3)(w_2-w)}{(w_1-w)(w_2-w_3)}.

Литература

  • Шабат Б. В. Введение в комплексный анализ. — М.: Наука, 1969. — 577 с.

Ссылки


Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Нужен реферат?

Полезное


Смотреть что такое "Преобразование Кэли" в других словарях:

  • Преобразование Мёбиуса — Вид преобразований на комплексной плоскости (серая) и сфере Римана (чёрная) Не следует путать с обращением Мёбиуса. Преобразование Мёбиуса  дробно линейная функция одного комплексного переменного, тождественно не равная константе …   Википедия

  • Преобразование Мебиуса — Вид преобразований на комплексной плоскости (серая) и сфере Римана (чёрная) Содержание 1 Определение 2 Алгебраические свойства …   Википедия

  • КЭЛИ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ — линейного (диссипативного) оператора Ас областью определения DomA, плотной в гильбертовом пространстве Н, оператор определенный на подпространстве Матричный вариант такого преобразования рассматривал А. Кэли (A. Cay ley). К. п. устанавливает… …   Математическая энциклопедия

  • Дробно-линейное преобразование — Вид преобразований на комплексной плоскости (серая) и сфере Римана (чёрная) Содержание 1 Определение 2 Алгебраические свойства …   Википедия

  • КОН-ФОССЕНА ПРЕОБРАЗОВАНИЕ — соответствие между парой изометричных поверхностей F1 и F2 и бесконечно малым изгибанием Zтак наз. срединной поверхности F ср.: если х 1 и х 2 радиус вектора поверхностен F1 и F2, то радиус вектор x ср поверхности F ср. равен а поле скоростей z… …   Математическая энциклопедия

  • Группа Мёбиуса — Вид преобразований на комплексной плоскости (серая) и сфере Римана (чёрная) Содержание 1 Определение 2 Алгебраические свойства …   Википедия

  • Преобразования Мёбиуса — Вид преобразований на комплексной плоскости (серая) и сфере Римана (чёрная) Содержание 1 Определение 2 Алгебраические свойства …   Википедия

  • МАТРИЦА — прямоугольная таблица состоящая из тстрок и n столбцов, элементы к рой принадлежат нек рому множеству К. Таблица (1) наз. также матрицей над К, или мат рицей размера над K. Пусть совокупность всех матриц над К. Если т=п, то (1) наз. квадратной… …   Математическая энциклопедия

  • ИНВАРИАНТОВ ТЕОРИЯ — в классическом определении алгебраическая теория (иногда называемая также алгебраической И. т.), изучающая алгебраич. выражения (многочлены, рациональные функции или их совокупности), изменяющиеся определенным образом при невырожденных линейных… …   Математическая энциклопедия

  • Теория групп — Группа (математика) Теория групп Осно …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»