Кіріспе

Математикада гиперболалық беттегі жай геодезия – өзінің бейнесін бір рет қана орап өтетін жабық геодезия, яғни жабық қисық. Мұндай геодезиялар жай геодезиялар деп аталады, себебі олар, басқа нәрселермен қатар, жай сандар теоремасына ұқсас асимптотикалық таралу заңына бағынады.

Техникалық негіздер

Біз гиперболалық геометриядан жайынша геодезияны түсінуге көмектесетін кейбір фактілерді қысқаша баяндаймыз.

Гиперболалық изометриялар

Поинкаре жартылай жазықтығы H үлгісін 2 өлшемді гиперболалық геометрияны қарастырайық. Фуксиандық топ, яғни PSL(2, R) дискретті кіші тобы Γ берілген жағдайда, Γ сызықтық бөлшектей трансформация арқылы H-ке әсер етеді. PSL(2, R) әрбір элементі іс жүзінде H изометриясын анықтайды, сондықтан Γ – H изометрияларының тобы. Одан кейін трансформацияның 3 түрі бар: гиперболалық, эллипстік және параболалық. (Біз нақты сандармен жұмыс істегендіктен локсодромдық трансформациялар жоқ.) γ элементінің 2 әртүрлі нақты тұрақты нүктесі бар, тек қана γ гиперболалық болған жағдайда. Толығырақ мәліметтер үшін Изометриялардың жіктелуі және Изометриялардың тұрақты нүктелері бөлімін қараңыз.

Жабық геодезиялық жүйелер

Енді M=Γ\H бөлігінің бетін қарастырайық. Келесі сипаттама гиперболалық жазықтықтың жоғарғы жарты жазықтық моделіне қатысты. Бұл гиперболалық бет, тіпті Риман беті. Γ-ның әрбір гиперболалық элементі h, Γ\H-ның жабық геодезиясын анықтайды: біріншіден, h-ның бекітілген нүктелерін қосатын геодезиялық жарты шеңбер арқылы H-да h осі деп аталатын геодезия алынады, ал осы геодезияны M-ге проекциялау арқылы Γ\H-да геодезия пайда болады. Бұл геодезия жабық, себебі Γ әрекеті астындағы бір орбитадағы 2 нүкте, анықтама бойынша, бөліктің бір нүктесіне проекцияланады. Бұл Γ\H-дағы жабық геодезиялар мен Γ-дағы гиперболалық конъюгация кластары арасында бір-бірге сәйкестік болатынын көрсетуге болады. Алғашқы геодезиялар – бұл өз кескінін дәл бір рет жүзеге асыратын геодезиялар, яғни алгебралық тұрғыдан қарағанда, олар бастапқы гиперболалық конъюгация кластарына сәйкес келеді, атап айтқанда, конъюгация кластары {γ} γ Γ-ның басқа элементінің тривиальды емес дәрежесі ретінде жазылмайтын жағдайларда.

Негізгі геодезияның қолданылуы

Басты геодезиялардың маңыздылығы математиканың басқа салаларымен, әсіресе динамикалық жүйелер, эргодикалық теория және сандар теориясымен, сондай-ақ Риман беттерімен байланысынан туындайды. Бұл қолданыстар көбінесе бірнеше түрлі зерттеу салаларында өзара байланысты болады.

Динамикалық жүйелер және ергодикалық теория

Динамикалық жүйелерде жабық геодезиялар геодезиялық ағынның периодтық орбиталарын көрсетеді.

Сандар теориясы

Сандар теориясында әртүрлі "негізгі геодезиялық теоремалар" дәлелденді, олар негізгі сандар теоремасына ұқсас рухта. Нақтырақ айтсақ, π(x) – нормасы (ұзындығымен байланысты функция) x-тен кем немесе тең болатын жабық геодезиялықтардың санын білдіреді; онда π(x) ~ x/ln(x). Бұл нәтиже әдетте Атле Селбергке жатқызылады. 1970 жылы докторлық диссертациясында Григорий Маргулис өзгермелі теріс қисықтығы бар беттер үшін ұқсас нәтиже көрсетті, ал 1980 жылы докторлық диссертациясында Петр Сарнак Чеботаревтің тығыздық теоремасының аналогын дәлелдеді. Сандар теориясымен басқа да ұқсастықтар бар – қателіктерді бағалаулар дәл сол сияқты, негізгі сандар теоремасының қателіктерін бағалаулар жақсартылғандай жақсарытылады. Сонымен қатар, формальды түрде әдеттегі Риманның зета-функциясына ұқсас және оның көптеген қасиеттерін бөлісетін Сельберг зета-функциясы бар. Алгебралық тұрғыдан алғанда, негізгі геодезиялықтарды жоғарырақ беттерге көтеруге болады, дәл сол сияқты, сандық өрістің бүтін сандар сақинасындағы негізгі идеалдарды Галуа кеңейтуінде жіктеуге (көбейтуге) болады. Толықрақ мәлімет алу үшін «Жабу картасы» және «Галуа кеңейтулерінде негізгі идеалдардың жіктелуі» беттерін қараңыз.

Риманның бет теориясы

Жабық геодезиялар Риман беттерін зерттеу үшін қолданылған; тіпті, Риманның беттің туындысының бастапқы анықтамаларының бірі жай ғана жабық қисықтар арқылы берілген. Жабық геодезиялар Лаплас операторларының өзіндік мәндерін, арифметикалық Фуксиан топтарын және Тейхмюллер кеңістіктерін зерттеуде маңызды роль атқарды.