กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 4 นาที

โฮโรไซเคิล

ในเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิก โฮโรไซเคิล ( มาจากรากศัพท์ภาษากรีกที่แปลว่า "วงกลมขอบเขต") บางครั้งเรียกว่าโอริไซเคิลหรือวงกลมจำกัดคือเส้นโค้งที่มีความโค้ง คงที่ โดยที่ เส้น จีโอเดสิ ก (...

โฮโรไซเคิล

เส้นโค้งโฮโรไซเคิลสีน้ำเงินในแบบจำลองดิสก์ของปวงกาเรและเส้นตั้งฉากสีแดงบางส่วน เส้นตั้งฉากเหล่านี้ลู่เข้าสู่จุดอุดมคติ กลางด้านบนในเชิงอะซิ้มโท ติก

ในเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิก โฮโรไซเคิล ( มาจากรากศัพท์ภาษากรีกที่แปลว่า "วงกลมขอบเขต") บางครั้งเรียกว่าโอริไซเคิลหรือวงกลมจำกัดคือเส้นโค้งที่มีความโค้ง คงที่ โดยที่ เส้น จีโอเดสิ ก ( เส้นปกติ ) ที่ตั้งฉากกับจุดบนโฮโรไซเคิลทั้งหมดจะ เป็น เส้นขนานจำกัดและทั้งหมดจะลู่เข้าสู่จุดอุดมคติจุด เดียว ที่เรียกว่าจุดศูนย์กลางของโฮโรไซเคิล ในแบบจำลองบางแบบของเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิก ดูเหมือนว่า "ปลาย" ทั้งสองของโฮโรไซเคิลจะเข้าใกล้กันมากขึ้นเรื่อยๆ และเข้าใกล้จุดศูนย์กลางมากขึ้น แต่ความจริงแล้วไม่ใช่เช่นนั้น "ปลาย" ทั้งสองของโฮโรไซเคิลจะห่างออกจากกันมากขึ้นเรื่อยๆ และอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางเป็นระยะ อนันต์ โฮโรส เฟียร์คือโฮโรไซเคิลในมิติ 3 มิติ

ในปริภูมิยูคลิดเส้นโค้งทั้งหมดที่มีความโค้งคงที่จะเป็นเส้นตรง (เส้นจีโอเดสิก) หรือวงกลมแต่ในปริภูมิไฮเปอร์โบลิกที่มีความโค้งตามภาคตัดขวาง1,{\displaystyle -1,}เส้นโค้งที่มีความโค้งคงที่นั้นมีอยู่สี่ประเภท ได้แก่ เส้นจีโอเดสิกที่มีความโค้งκ=0,{\displaystyle \kappa =0,}ไฮเปอร์ไซเคิลที่มีความโค้ง0<|κ|<1,{\displaystyle 0<|\คัปปา |<1,}วงจรนาฬิกาที่มีความโค้ง|κ|=1,{\displaystyle |\kappa |=1,}และวงกลมที่มีความโค้ง|κ|>1.{\displaystyle |\kappa ||1.}

โฮโรไซเคิลสองวงใดๆ จะเท่ากัน ทุกประการ และสามารถซ้อนทับกันได้โดยใช้ไอโซเมตรี (การเลื่อนและการหมุน) ของระนาบไฮเปอร์โบลิก

นอกจากนี้ โฮโรไซเคิลยังสามารถอธิบายได้ว่าเป็นลิมิตของวงกลมที่สัมผัสกัน ณ จุดที่กำหนด เมื่อรัศมีของวงกลมเหล่านั้นมีแนวโน้มเข้าสู่ค่าอนันต์หรือเป็นลิมิตของไฮเปอร์ไซเคิลที่สัมผัสกัน ณ จุดนั้น เมื่อระยะห่างจากแกนของไฮเปอร์ไซเคิลเหล่านั้นมีแนวโน้มเข้าสู่ค่าอนันต์

วงกลมสองวงที่มีจุดศูนย์กลางเดียวกันเรียกว่าวงกลมร่วมศูนย์กลางสำหรับวงกลมร่วมศูนย์กลางนั้น เส้นจีโอเดสิกใดๆ ที่ตั้งฉากกับวงกลมร่วมศูนย์กลางหนึ่งๆ ก็จะตั้งฉากกับวงกลมร่วมศูนย์กลางทุกวงด้วยเช่นกัน

คุณสมบัติ

มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับวงกลมแบบยุคลิด

วงกลมในเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิกมีคุณสมบัติบางอย่างคล้ายคลึงกับวงกลมในเรขาคณิตยุคลิด :

  • ไม่มีจุดสามจุดใดของโฮโรไซเคิลที่อยู่บนเส้นตรงวงกลมหรือไฮเปอร์ไซเคิล
  • จุดสามจุดที่ไม่ได้อยู่บนเส้นตรง วงกลมหรือไฮเปอร์ไซเคิลจะอยู่บนโฮโรไซเคิล
  • รูปทรงวงกลมเวลาเป็น รูปทรง ที่มีความสมมาตร สูง กล่าวคือ ทุกเส้นที่ลากผ่านจุดศูนย์กลางจะก่อให้เกิดเส้นสมมาตรแบบสะท้อน
  • เส้นตรงวงกลมไฮเปอร์ไซเคิลหรือโฮโรไซเคิลอื่นๆ จะตัดโฮโรไซเคิลได้ไม่เกินสองจุด
  • ความยาวของส่วนโค้งของวงกลมระหว่างสองจุดนั้นมากกว่าความยาวของส่วนของเส้นตรงระหว่างสองจุดนั้น
  • เส้นแบ่งครึ่งตั้งฉากของคอร์ดจะผ่านจุดศูนย์กลางของวงกลมแห่งชีวิต ข้อความที่เทียบเท่ากันซึ่งเกิดจากความเป็นเอกลักษณ์ของเส้นแบ่งครึ่งตั้งฉากมีดังนี้:
เส้นตั้งฉากจากจุดศูนย์กลางของวงกลมเวลาจะแบ่งครึ่งคอร์ด
ส่วนของเส้นตรงที่ลากผ่านจุดกึ่งกลางและแบ่งครึ่งคอร์ดนั้น จะตั้งฉากกับคอร์ด
  • เส้นตรงที่ลากตั้งฉากกับรัศมีและผ่านจุดปลายของรัศมีซึ่งอยู่บนวงกลมแห่งดวงชะตา เรียกว่า เส้นสัมผัสวงกลมแห่งดวงชะตา
  • เส้นตรงที่ลากตั้งฉากกับเส้นสัมผัสที่ลากผ่านจุดสัมผัสกับวงกลมแห่งดวงชะตา จะผ่านจุดศูนย์กลางของวงกลมแห่งดวงชะตานั้น
  • จากจุดที่อยู่นอกวงกลมแห่งดวงชะตาสามารถลากเส้นสัมผัสสองเส้นไปยังวงกลมแห่งดวงชะตาได้ โดยเส้นสัมผัสทั้งสองมีความยาวเท่ากัน
  • พื้นที่ของส่วนของวงกลมแห่งชีวิต (พื้นที่ระหว่างรัศมีสองเส้นกับวงกลมแห่งชีวิต) มีค่าจำกัด[ 1 ]
  • ถ้าCเป็นจุดศูนย์กลางของวงกลมโฮโรไซเคิล และAและBเป็นจุดบนวงกลมโฮโรไซเคิล มุมCABและCBAจะเท่ากัน[ 2 ]

คุณสมบัติอื่นๆ

  • ผ่านจุดทุกคู่จะมีโฮโรไซเคิล 2 เส้นจุดศูนย์กลางของโฮโรไซเคิลคือจุดในอุดมคติของเส้นแบ่งครึ่งตั้งฉากของส่วนของเส้นตรงระหว่างจุดทั้งสอง
  • วงกลมโฮโรไซเคิลทั้งหมดเท่ากัน ทุกประการ (แม้แต่วงกลมโฮโรไซเคิลที่มีจุดศูนย์กลางร่วมกันก็เท่ากันทุกประการ)
  • ความยาวของส่วนโค้งของวงกลมเวลา (horocycle) ระหว่างสองจุดคือ:
มากกว่าความยาวของส่วนของเส้นตรงระหว่างจุดสองจุดนั้น
มากกว่าความยาวของส่วนโค้งของไฮเปอร์ไซเคิลระหว่างจุดสองจุดนั้น และ
สั้นกว่าความยาวของส่วนโค้งวงกลมใดๆ ระหว่างจุดสองจุดนั้น
  • แม้ว่าพื้นที่ของส่วนย่อยในวงกลมเวลาจะมีค่าจำกัด แต่พื้นที่ทั้งหมดของวงกลมเวลานั้นมีค่าเป็นอนันต์ (วงกลมเวลาสามารถแบ่งออกเป็นส่วนย่อยที่เท่ากันได้ไม่จำกัดจำนวน)
  • รูปอะพีโรกอนปกติสามารถล้อมรอบและบรรจุอยู่ภายในได้ด้วยโฮโรไซเคิลสองวงที่มีจุดศูนย์กลางร่วมกัน
  • ระยะห่างจากวงกลมแห่งชีวิตไปยังจุดศูนย์กลางนั้นเป็นอนันต์ และถึงแม้ว่าในแบบจำลองเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิกบางแบบจะดูเหมือนว่า "ปลาย" ทั้งสองของวงกลมแห่งชีวิตจะเข้าใกล้กันมากขึ้นเรื่อยๆ และเข้าใกล้จุดศูนย์กลางมากขึ้น แต่ความจริงแล้วไม่ใช่เช่นนั้น "ปลาย" ทั้งสองของวงกลมแห่งชีวิตจะห่างออกจากกันมากขึ้นเรื่อยๆ

วงจรชีวิตในระนาบไฮเปอร์โบลิกที่มีความโค้งเกาส์เซียนมาตรฐาน

เมื่อระนาบไฮเปอร์โบลิกมีค่าความโค้งเกาส์เซียน มาตรฐาน Kเท่ากับ -1:

  • พื้นที่ของส่วนหนึ่งของเส้นโค้งวงกลมเท่ากับความยาวของส่วนโค้งที่รองรับส่วนนั้น
  • ความโค้งของนาฬิกาทรายคือ 1
  • ความยาวsของส่วนโค้งของโฮโรไซเคิลระหว่างสองจุดคือ:=2สินห์(12)=2(ไม้กระบอง1){\displaystyle s=2\sinh \left({\frac {1}{2}}d\right)={\sqrt {2(\cosh d-1)}}}

โดยที่dคือระยะห่างระหว่างจุดสองจุด และ sinh และ cosh เป็นฟังก์ชันไฮเปอร์โบลิ[ 3 ]

  • ความยาวของส่วนโค้งของโฮโรไซเคิลที่เส้นสัมผัสที่ปลายด้านหนึ่งขนานกับรัศมีที่ผ่านปลายอีกด้านหนึ่งคือ 1 [ 4 ]พื้นที่ที่ล้อมรอบระหว่างโฮโรไซเคิลนี้กับรัศมีคือ 1 [ 5 ]
  • อัตราส่วนของความยาวส่วนโค้งระหว่างรัศมีสองรัศมีของวงกลมศูนย์กลางสองวงที่วงกลมทั้งสองอยู่ห่างกันเป็นระยะ 1 คือe  : 1 [ 6 ]

การแสดงผลในแบบจำลองเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิก

การปูพื้นแบบเอปิโรโกนัลลำดับที่ 3 {∞,3} จะเติมเต็มระนาบไฮเปอร์โบลิกด้วยเอปิโรโกนัลที่มีจุดยอดอยู่ตามเส้นทางโฮโรไซคลิก

แบบจำลองดิสก์ของปวงกาเร

ในแบบจำลองจานปวงกาเรของระนาบไฮเปอร์โบลิก โฮโรไซเคิลจะถูกแทนด้วยวงกลมที่สัมผัสกับวงกลมขอบเขต โดยจุดศูนย์กลางของโฮโรไซเคิลคือจุดในอุดมคติที่โฮโรไซเคิลสัมผัสกับวงกลมขอบเขต

การสร้างวงกลมสองวงที่ผ่านจุดสองจุดโดยใช้ เข็มทิศและไม้บรรทัดนั้นเหมือนกับการสร้าง CPP สำหรับกรณีพิเศษของปัญหาของอพอลโลเนียสซึ่งจุดทั้งสองอยู่ภายในวงกลม

ในแบบจำลองจานปวงกาเร ดูเหมือนว่าจุดที่อยู่ใกล้ "ปลาย" ตรงข้ามของวงกลมโฮโรไซเคิลจะเข้าใกล้กันมากขึ้น และเข้าใกล้จุดศูนย์กลางของวงกลมโฮโรไซเคิล (บนวงกลมขอบเขต) มากขึ้นด้วย แต่ในเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิก ทุกจุดบนวงกลมโฮโรไซเคิลจะอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางของวงกลมโฮโรไซเคิลเป็นอนันต์ นอกจากนี้ ระยะห่างระหว่างจุดบน "ปลาย" ตรงข้ามของวงกลมโฮโรไซเคิลจะเพิ่มขึ้นเมื่อความยาวส่วนโค้งระหว่างจุดเหล่านั้นเพิ่มขึ้น (สัญชาตญาณแบบยุคลิดอาจทำให้เข้าใจผิดได้ เพราะขนาดของแบบจำลองจะเพิ่มขึ้นเป็นอนันต์ที่วงกลมขอบเขต)

แบบจำลองระนาบครึ่งของปวงกาเร

ในแบบจำลองระนาบครึ่งของปวงกาเร วงกลมแสดงระยะโค้ง (horocycles) ด้วยวงกลมที่สัมผัสกับเส้นขอบ โดยที่จุดศูนย์กลางของวงกลมคือจุดในอุดมคติที่วงกลมสัมผัสกับเส้นขอบ

เมื่อจุดศูนย์กลางของวงกลมเวลาเป็นจุดที่เหมาะสมที่สุด ณ เวลา...y={\displaystyle y=\infty }ดังนั้น เส้นโฮโรไซเคิลจึงเป็นเส้นที่ขนานกับเส้นแบ่งเขต

การสร้างโดยใช้ เข็มทิศและไม้บรรทัดในกรณีแรกเป็นการสร้างแบบเดียวกันกับการสร้าง LPP สำหรับกรณีพิเศษของปัญหาของอพอลโลเนีย

แบบจำลองไฮเปอร์โบโลอิด

ในแบบจำลองไฮเปอร์โบโลอิด วงรอบโค้งจะถูกแทนด้วยจุดตัดของไฮเปอร์โบโลอิดกับระนาบที่สร้างพาราโบลาบนกรวยเชิงเส้น กำกับ (ดูภาคตัดกรวย "ระนาบตัดขนานกับเส้นกำเนิดของกรวยเพียงเส้นเดียว") เวกเตอร์ตั้งฉากของระนาบตัดเป็นเวกเตอร์ศูนย์ ใน ปริภูมิ Minkowskiสามมิติ

เมตริก

ถ้าค่าความโค้งของเมตริกถูกปรับให้เป็นค่าปกติโดยมีค่าความโค้งแบบเกาส์เซียนเท่ากับ -1 แล้ว เส้นโค้งโฮโรไซเคิลจะเป็นเส้นโค้งที่มีค่าความโค้งแบบจีโอเด สิก เท่ากับ 1 ที่ทุกจุด  

การไหลของวงจร

โฮโรไซเคิลทุกวงคือวงโคจรของกลุ่มย่อยยูนิโพเทนต์ของPSL(2,R)ในระนาบไฮเปอร์โบลิก ยิ่งไปกว่านั้น การกระจัดด้วยความเร็วหนึ่งหน่วยตามแนวโฮโรไซเคิลที่สัมผัสกับเวกเตอร์สัมผัสหนึ่งหน่วยที่กำหนด จะเหนี่ยวนำให้เกิดการไหลบนมัดสัมผัสหนึ่งหน่วยของระนาบไฮเปอร์โบลิก การไหลนี้เรียกว่าการไหลโฮโรไซเคิลของระนาบไฮเปอร์โบลิก

เมื่อระบุบันเดิลสัมผัสหน่วยกับกลุ่มPSL(2,R)การไหลของโฮโรไซเคิลจะได้รับจากการกระทำด้านขวาของกลุ่มย่อยยูนิโพเทนต์ยู={คุณที,ทีอาร์}{\displaystyle U=\{u_{t},\,t\in \mathbb {R} \}}, ที่ไหน: คุณที=±(1ที01).{\displaystyle u_{t}=\pm \left({\begin{array}{cc}1&t\\0&1\end{array}}\right).} นั่นคือ การไหล ณ เวลาที{\displaystyle t}เริ่มต้นจากเวกเตอร์ที่แสดงโดยจีพีเอสแอล2(อาร์){\displaystyle g\in \mathrm {PSL} _{2}(\mathbb {R} )}เท่ากับจีคุณที{\displaystyle gu_{t}}.

ถ้าเอส{\displaystyle S}พื้นผิวไฮเปอร์โบลิกของมันยังรองรับการไหลของโฮโรไซเคิลด้วย ถ้าเอส{\displaystyle S}ได้รับการทำให้เป็นมาตรฐานเดียวกันเอส=Γชม2{\displaystyle S=\Gamma \backslash \mathbb {H} ^{2}}มัดสัมผัสหน่วยถูกระบุว่าเป็นΓพีเอสแอล2(อาร์){\displaystyle \Gamma \backslash \mathrm {PSL} _{2}(\mathbb {R} )}และการไหลเริ่มต้นที่Γจี{\displaystyle \Gamma g}ได้รับจากทีΓจีคุณที{\displaystyle t\mapsto \Gamma gu_{t}}. เมื่อไรเอส{\displaystyle S}มีขนาดกะทัดรัด หรือโดยทั่วไปแล้วเมื่อΓ{\displaystyle \Gamma }เป็นแลตทิซการไหลนี้เป็นเออร์โกดิก (โดยสัมพันธ์กับการวัด Liouville ที่เป็นมาตรฐาน ) ยิ่งไปกว่านั้น ในการตั้งค่านี้ทฤษฎีบทของ Ratnerอธิบายการปิดที่เป็นไปได้สำหรับวงโคจรได้อย่างแม่นยำมาก[ 7 ]

ดูเพิ่มเติม

วงกลมที่ปรากฏในปะเก็นอพอลโลเนียนซึ่งสัมผัสกับวงกลมภายนอก สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นโฮโรไซเคิลในแบบจำลองดิสก์ปวงกาเร

อ่านเพิ่มเติม

  • HSM Coxeter (1961) Introduction to Geometry , §16.6: "วงกลม โฮโรไซเคิล และเส้นโค้งที่มีระยะห่างเท่ากัน", หน้า 300, 1, John Wiley & Sons .
  • จอห์น สติลเวลล์( 2005) สี่เสาหลักของเรขาคณิตบทที่ 8 "เรขาคณิตนอกยุคลิด" หน้า198 ISBN  0-387-25530-3

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ โฮโรไซเคิล

ในเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิก โฮโรไซเคิล ( มาจากรากศัพท์ภาษากรีกที่แปลว่า "วงกลมขอบเขต") บางครั้งเรียกว่าโอริไซเคิลหรือวงกลมจำกัดคือเส้นโค้งที่มีความโค้ง คงที่ โดยที่ เส้น จีโอเดสิ ก (...

มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับวงกลมแบบยุคลิด

วงกลมในเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิกมีคุณสมบัติบางอย่างคล้ายคลึงกับ วงกลม ใน เรขาคณิตยุคลิด :

คุณสมบัติอื่นๆ

ผ่านจุดทุกคู่จะมีโฮโรไซเคิล 2 เส้น จุดศูนย์กลางของโฮโรไซเคิลคือจุดในอุดมคติของเส้นแบ่งครึ่งตั้งฉากของส่วนของเส้นตรงระหว่างจุดทั้งสอง วงกลมโฮโรไซเคิลทั้งหมด เท่า กัน ทุกประการ (แม้แต่วงกลมโฮโรไซเคิลที่มีจุดศูนย์กลางร่วมกันก็เท่ากันทุกประการ)...

วงจรชีวิตในระนาบไฮเปอร์โบลิกที่มีความโค้งเกาส์เซียนมาตรฐาน

เมื่อระนาบไฮเปอร์โบลิกมีค่า ความโค้งเกาส์เซียน มาตรฐาน K เท่ากับ -1: