Кіріспе

Гиперболалық метрикамен жабдықталған 3-өлшемді көптік. Математикада, атап айтқанда топология және дифференциалдық геометрия салаларында, гиперболалық 3-көптік – гиперболалық метрикамен жабдықталған 3-өлшемді көптік, яғни барлық қималық қисықтықтары -1-ге тең Риман метрикасы. Әдетте, бұл метрика толық болуы керек: осы жағдайда көптік 3-өлшемді гиперболалық кеңістіктің дискретті изометриялар тобы (Клейн тобы) арқылы бөлінген бөлігі ретінде көрініс бере алады. Шектелген көлемді гиперболалық 3-көптіктер Перелман дәлелдеген Тёрстонның геометриялық гипотезасынан туындайтындықтан, 3-өлшемді топологияда ерекше маңызға ие. Клейн топтарын зерттеу геометриялық топтар теориясының маңызды тақырыбы болып табылады.

Топологиядағы маңызы

Гиперболалық геометрия — 3 өлшемдегі сегіз геометрияның ең байы және ең аз түсінілгені (мысалы, басқа барлық геометриялар үшін осы геометриямен шекті көлемді көптүрліліктердің нақты тізімін жасау оңай, ал гиперболалық көптүрліліктер үшін мұндай жасау қиын). Геометриялық болжамды дәлелдеуден кейін гиперболалық 3-көптүрліліктердің топологиялық қасиеттерін түсіну 3-өлшемді топологияның маңызды мақсаты болып табылады. Кан–Маркович, Уайз, Агол және басқалардың соңғы табыстары бұл тақырып бойынша көптен бері ашық қалған көптеген сұрақтарға жауап берді, бірақ әлі де шешілмеген, аз маңызды мәселелер көп. 2-өлшемде барлық жабық беттер дерлік гиперболалық болып табылады (сферадан, проекциялық жазықтықтан, тордан және Клейн бөтелкесінен басқа). 3-өлшемде бұл жағдай мүлдем басқа: гиперболалық емес жабық көптүрліліктерді шексіз көптеп құрастырудың көптеген тәсілдері бар. Дегенмен, "кәдімгі 3-көптүрлілік гиперболалыққа бейім" деген болжам көптеген жағдайларда расталады. Мысалы, егер түйін спутниктік түйін немесе тор түйін болмаса, онда ол гиперболалық болады. Сонымен қатар, гиперболалық түйінге жасалған Дехн операцияларының көпшілігі гиперболалық көптүрліліктерді тудырады. Ұқсас нәтиже сілтемелерге де қатысты (Турстонның гиперболалық Дехн операциясы туралы теоремасы), және барлық 3-көптүрліліктерді 3-сферадағы сілтемеге операция жасау арқылы алуға болады, бұл бейресми тұжырымға нақты мағына береді. "Дерлік барлық" 3-өлшемді көптүрліліктердің гиперболалық болуының тағы бір мағынасы — кездейсоқ модельдер. Мысалы, кемінде 2 туысы бар кездейсоқ Хигаард бөліністері дерлік қамтиды (қосылу картасының күрделілігі шексіздікке жақындағанда). 3-көптүрліліктің гиперболалық геометриясының топологиясына қатысы Мостовтың қатаңдық теоремасынан көрінеді, онда шекті көлемді гиперболалық 3-көптүрліліктің гиперболалық құрылымы оның гомотопиялық типімен толық анықталады. Атап айтқанда, көлем сияқты геометриялық инварианттарды жаңа топологиялық инварианттарды анықтау үшін пайдалануға болады.

Геометриялық шекті коллекторлар

Қалың-жұқа ыдырау барлық гиперболалық 3-көптүліктерге қолданылады, бірақ әдетте жұқа бөлігі жоғарыда сипатталғандай емес. Гиперболалық 3-көптүлік, егер ол өзіне қайтарылатын дөңес ішкі көптүлікке (оның дөңес өзегіне) ие болса және оның қалың бөлігі тығыз болса, геометриялық шекті деп аталады (барлық көптүліктердің дөңес өзегі бар, бірақ көбінесе ол тығыз болмайды). Ең қарапайым жағдай – көптүлікте "ұштар" болмағанда (яғни негізгі тобында параболалық элементтер жоқ), онда көптүлік геометриялық жағынан шекті болады, егер және тек қана ол гиперболалық кеңістіктің жабық, дөңес ішкі жиынының осы жиынға кокомпакт әрекет ететін топтың бөлігі болса.

Идеалдық тетраэдрлерді және гиперболалық Дехн хирургиясын жабыстыру

Алдыңғы құрылымда алынған коллекторлар әрқашан тығыз болады. Тұғырлы коллекторларды алу үшін идеалдық төбелері бар политоптарды (яғни шексіз сферада жатқан төбелерді) пайдалану керек. Мұндай жағдайда, желімдеу құрылымы әрқашан толық коллекторды бермейді. Толықтығын идеалдық төбеге іргелес жиектердегі диэдрлік бұрыштарды қамтитын теңдеулер жүйесі анықтайды, бұл теңдеулер әдетте Турстонның желімдеу теңдеулері деп аталады. Егер желімдеу толық болса, идеалдық төбелер коллектордағы тұғырларға айналады. Осылайша алынған, тығыз емес, шекті көлемді гиперболалық коллектордың мысалы – Гизекинг коллекторы, ол тұрақты идеалдық гиперболалық тетраэдрдің жақтарын біріктіру арқылы құрастырылады. Желімдеу толық болмаған жағдайда да шекті көлемді, толық гиперболалық коллекторды құру мүмкін. Мұндай жағдайда алынған метрикалық кеңістіктің толықтырылуы торус шекарасы бар коллектор болады, ал кейбір (ерекше емес) жағдайларда әр шекара компонентіне гиперболалық қатты торус жабыстыруға болады, сонда алынған кеңістікте толық гиперболалық метрика болады. Топологиялық тұрғыдан алғанда, коллектор толық гиперболалық коллекторға гиперболалық Дехн операциясы арқылы қол жеткізіледі, ол толық желімдеу нәтижесінде пайда болады. Барлық шекті көлемді гиперболалық 3 коллекторларын осылай құруға бола ма, жоқ па, әлі белгісіз. Бірақ тәжірибеде есептеу бағдарламалық құралдары (мысалы, SnapPea немесе Regina) гиперболалық коллекторларды осылай сақтайды.

Арифметикалық құрылымдар

Кватернион алгебраларынан арифметикалық Клейн топтарының құрылысы ерекше қызықты гиперболалық көптүрліліктерді тудырады. Екінші жағынан, олар гиперболалық 3-көптүрліліктердің арасында белгілі бір жағдайда "сирек" болып табылады (мысалы, белгілі бір көптүрліліктегі гиперболалық Дехн операциясы дерлік барлық параметрлер үшін арифметикалық емес көптүрлілікке алып келеді).

Гиперболизация теоремасы

Жоғарыда көрсетілген нақты құрылымдардан өзгеше, 3-көрнеушідегі толық гиперболалық құрылымның болуын тек топологиялық ақпараттан-ақ анықтауға болады. Бұл геометриялық болжамның салдары болып табылады және былай тұжырымдалады (кейде "гиперболизация теоремасы" деп аталатын, оны Тёрстон Хакен көптүрліліктерінің ерекше жағдайында дәлелдеген): Егер торик шекарасы бар ықшам 3-көптүрлілік ирредуктивті және алгебралық түрде аторoidal (яғни, кез келген инъективті енгізілген тор шекара компонентіне гомотопты) болса, онда оның ішкі кеңістігі шекті көлемді толық гиперболалық метриканы қабылдайды. Арнайы жағдай – шеңбер үстіндегі беттік шоғыр: мұндай көптүрліліктер әрқашан ирредуктивті болады және монодромия псевдо-Аносов бейнелеуі болған жағдайда ғана толық гиперболалық метриканы қабылдайды. Геометриялық болжамның тағы бір салдары – теріс қималық қисықтығы бар Риманн метрикасын қабылдайтын кез келген жабық 3-көптүрлілік, шындығында 1 тұрақты қималық қисықтығы бар Риманн метрикасын қабылдайды. Бұл жоғары өлшемдерде дұрыс емес.

Геометриялық конвергенция

Клейндік топтардың тізбегі, егер ол Шабоу топологиясында жиналса, геометриялық түрде жақындасқан деп айтылады. Бұл тізбектен алынған көпқырлылар үшін, олардың нүктеленген Громов-Хаусдорф метрикасында жақындасуымен тең болады.

Йоргенсен-Турстон теориясы

Гиперболалық көлемді барлық гиперболалық көптүрліліктер кеңістігін реттеу үшін қолдануға болады. Белгілі бір көлемге сәйкес келетін көптүрліліктер жиыны шекті, ал көлемдер жиыны жақсы реттелген және тәртіптік типі бар. Нақтырақ айтқанда, Терстонның гиперболалық Дехн хирургиясы туралы теоремасы, кез келген саны кусптары бар көптүрлілік, кусптары бар көптүрліліктер тізбегінің лимиті екенін көрсетеді. Сондықтан, оқшауланған нүктелер – ықшам көптүрліліктердің көлемдері, дәл бір куспқа ие көптүрліліктер ықшам көптүрліліктердің лимиті және т.б. Жоргенсеннің нәтижелерімен бірге, теорема кез келген конвергентті тізбектің лимит көптүрлілігінде Дехн операциялары арқылы алынуын дәлелдейді.

Квази-Фуксиандық топтар

Берілген туысқандық белгісі бар квази-фуксиялық беттік топтар тізбегі, қос шек теоремасындағыдай, екі рет дегенерацияланған беттік топқа жақындауы мүмкін.