โฮโรไซเคิล

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) หรือวงกลมแต่ในปริภูมิไฮเปอร์โบลิกที่มีความโค้งตามภาคตัดขวางเส้นโค้งที่มีความโค้งคงที่นั้นมีอยู่สี่ประเภท ได้แก่ เส้นจีโอเดสิกที่มีความโค้งไฮเปอร์ไซเคิลที่มีความโค้งวงจรนาฬิกาที่มีความโค้งและวงกลมที่มีความโค้ง
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:
โดยที่dคือระยะห่างระหว่างจุดสองจุด และ sinh และ cosh เป็นฟังก์ชันไฮเปอร์โบลิก[ 3 ]
การแสดงผลในแบบจำลองเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิก

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...ดังนั้น เส้นโฮโรไซเคิลจึงเป็นเส้นที่ขนานกับเส้นแบ่งเขต
การสร้างโดยใช้ เข็มทิศและไม้บรรทัดในกรณีแรกเป็นการสร้างแบบเดียวกันกับการสร้าง LPP สำหรับกรณีพิเศษของปัญหาของอพอลโลเนียส
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)การไหลของโฮโรไซเคิลจะได้รับจากการกระทำด้านขวาของกลุ่มย่อยยูนิโพเทนต์, ที่ไหน: นั่นคือ การไหล ณ เวลาเริ่มต้นจากเวกเตอร์ที่แสดงโดยเท่ากับ.
ถ้าพื้นผิวไฮเปอร์โบลิกของมันยังรองรับการไหลของโฮโรไซเคิลด้วย ถ้าได้รับการทำให้เป็นมาตรฐานเดียวกันมัดสัมผัสหน่วยถูกระบุว่าเป็นและการไหลเริ่มต้นที่ได้รับจาก. เมื่อไรมีขนาดกะทัดรัด หรือโดยทั่วไปแล้วเมื่อเป็นแลตทิซการไหลนี้เป็นเออร์โกดิก (โดยสัมพันธ์กับการวัด Liouville ที่เป็นมาตรฐาน ) ยิ่งไปกว่านั้น ในการตั้งค่านี้ทฤษฎีบทของ Ratnerอธิบายการปิดที่เป็นไปได้สำหรับวงโคจรได้อย่างแม่นยำมาก[ 7 ]
ดูเพิ่มเติม

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