Кіріспе
Математикада, 0-ден үлкен родтағы әрбір компактты Риманн беті үшін негізгі көпбұрыш анықталуы мүмкін. Ол беттің топологиясын оның негізгі тобы арқылы ғана емес, сонымен қатар Риманн бетін конформдық эквиваленттілікке дейін анықтайды. Біркелкілік теоремасы бойынша, әрбір компактты Риманн беті келесілердің біреуімен берілген жай байланысты әмбебап жабылатын бетке ие: Риманн сферасы, кешенді жазықтық, бірлік дискі D немесе эквивалентті жоғары жарты жазықтық H. Родтың бірінші жағдайында, яғни нөлде, бет Риманн сферасына конформдық түрде тең. Родтың екінші жағдайында, яғни бірде, бет C/Λ торына конформдық түрде тең, мұнда Λ – C-дегі тор. Λ-ның негізгі көпбұрышы, егер дөңгелек деп есептелсе, кезеңдік параллелограмм немесе орталық симметриялы алтыбұрыш болып алынуы мүмкін, бұл нәтижені алғаш рет Федоров 1891 жылы дәлелдеді. Род g > 1 болғандағы соңғы жағдайда, Риманн беті H/Γ-ға конформдық түрде тең, мұнда Γ – Мёбиус түрлендірулерінің Фуксиан тобы. Γ үшін фундаменталды домен H-дегі гиперболалық метрика үшін дөңгелек көпбұрышпен беріледі. Оларды Дирихле көпбұрыштары арқылы анықтауға болады және олардың қабырғалары жұп санда болады. Осындай көпбұрыштан негізгі топтың Γ құрылымын оқуға болады. Квазиконформды бейнелеулер теориясы мен Белтрами теңдеуін қолдана отырып, 4g қабырғасы бар канондық дөңгелек негізгі көпбұрыш бар екенін көрсетуге болады, оны алғаш рет Фрике анықтады, ол Γ-нің стандартты ұсынысына сәйкес келеді: 2g генераторлары a1, b1, a2, b2, ..., ag, bg және [a1,b1][a2,b2]…[ag,bg] = 1 жалғыз қатынасы, мұнда [a,b] = aba−1b−1. Бағытталған жабық 2-массивтегі M-дегі кез келген Риманн метрикасы M-дегі күрделі құрылымды анықтайды, соның нәтижесінде M компактты Риманн бетіне айналады. Негізгі көпбұрыштарды қолдану арқылы екі бағытталған жабық 2-массив родтары бойынша жіктеледі, яғни Абель тобының Γ/[Γ,Γ] рангінің жартысы, мұнда Γ = 1(M). Сонымен қатар, квазиконформды бейнелеулер теориясынан екі компактты Риманн беті дифеоморфты, егер және тек егер олар гомеоморфты болса. Осыған сәйкес, екі жабық бағытталған 2-массив гомеоморфты, егер және тек егер олар дифеоморфты болса. Мұндай нәтижені дифференциалдық топология әдістерін қолдану арқылы да дәлелдеуге болады.
the Riemann sphere,
the complex plane,
the unit disk D or equivalently the upper half plane H.
In the first case of genus zero, the surface is conformally equivalent to the Riemann sphere. In the second case of genus one, the surface is conformally equivalent to a torus C/Λ for some lattice Λ in C. The fundamental polygon of Λ, if assumed convex, may be taken to be either a period parallelogram or a centrally symmetric hexagon, a result first proved by Fedorov in 1891. In the last case of genus g > 1, the Riemann surface is conformally equivalent to H/Γ where Γ is a Fuchsian group of Möbius transformations. A fundamental domain for Γ is given by a convex polygon for the hyperbolic metric on H. These can be defined by Dirichlet polygons and have an even number of sides. The structure of the fundamental group Γ can be read off from such a polygon. Using the theory of quasiconformal mappings and the Beltrami equation, it can be shown there is a canonical convex fundamental polygon with 4g sides, first defined by Fricke, which corresponds to the standard presentation of Γ as the group with 2g generators a1, b1, a2, b2, , ag, bg and the single relation [a1,b1][a2,b2] ⋅⋅⋅ [ag,bg] = 1, where [a,b] = a b a−1b−1. Any Riemannian metric on an oriented closed 2 manifold M defines a complex structure on M, making M a compact Riemann surface. Through the use of fundamental polygons, it follows that two oriented closed 2 manifolds are classified by their genus, that is half the rank of the Abelian group Γ/[Γ,Γ], where Γ = 1(M). Moreover, it also follows from the theory of quasiconformal mappings that two compact Riemann surfaces are diffeomorphic if and only if they are homeomorphic. Consequently, two closed oriented 2 manifolds are
homeomorphic if and only if they are diffeomorphic. Such a result can also be proved using the methods of differential topology.
Паралелелограммдар және орталық симметриялық алтыбұрыштар
Бірінші туынды жағдайында, Λ = Z a ⊕ Z b R2 = C-ге аудару арқылы әрекет ету үшін негізгі дөңгелек көпбұрыш ізделеді, мұнда a және b R-ге қатысты сызықтық тәуелсіз. (R2-де нақты сызықтық түрлендіру орындалғаннан кейін, қажет болса, Λ = Z2 = Z + Z i деп қарастыруға болады; бір туынды Риман беті үшін Λ = Z2 = Z + Z ω түрінде қарастыруға болады, Im ω > 0.) Негізгі домен s 'x' + t 'y' параллелограмымен берілген, 0 < s, t < 1, мұнда 'x' және 'y' Λ-ның туындылары болып табылады. Егер C негізгі дөңгелек көпбұрыштың ішкі бөлігі болса, онда аудармалар + x, x Λ арқылы өтетін кезде R2-ні жабады. Осыдан C-тің шекаралық нүктелері (+ x) қиылыстарынан тұрады. Бұл ∂C-дегі ықшам дөңгелек жиынтықтар және осылайша C-тің төбелері немесе C-тің қабырғалары. Осыдан C-тің әрбір жабық қабырғасын осылай жазуға болады. −x арқылы аудару, (− x) де C-тің қабырғасы екенін көрсетеді. Осылайша C-тің қабырғалары тең ұзындықтағы параллель жұптар түрінде кездеседі. Екі бірдей ұзындықтағы осындай параллель кесінділердің соңғы нүктелерін олар қиылысатындай етіп қосуға болады, ал қиылысу соңғы нүктелерді қосатын сызық кесінділерінің ортасында болады. Осыдан барлық мұндай кесінділердің қиылысуы бір нүктеде болатыны шығады. Бұл нүктені бастапқы нүктеге аудару арқылы көпбұрыш орталық симметриялы болады; яғни, егер z нүктесі көпбұрышта болса, онда −z да болады. Орталық симметриялы дөңгелек алтыбұрыштың аудармалары жазықтықты мозаикалайтынын көру оңай. Егер A алтыбұрыштың нүктесі болса, онда тор AB және AC орын ауыстыру векторларымен құрылады, мұнда B және C - A-ның көршілері емес және A-ға қарама-қарсы емес екі төбесі. Шындығында, екінші суретте алтыбұрыш АВ және АС кесінділерімен кесілген екі үшбұрышты ауыстыру арқылы алынған параллелограммға эквивалентті екені көрсетілген. Сол сияқты, бірінші сурет параллелограмммен мозаикалауды алтыбұрышты мозаикалаумен сәйкестендірудің басқа жолын көрсетеді. Егер алтыбұрыштың орталығы 0 болса және төбелері a, b, c, −a, −b және −c болса, онда Λ 'a' + 'b' және 'b' + 'c' туындылары бар Абель тобы болып табылады.
Дирихлеттiң Voronoi домендерi
C = R2 кеңістігіндегі Λ решеті үшін, C-нің конформдық құрылымын пайдалана отырып, фундаменталды доменді каноникалық түрде анықтауға болады. C-нің конформдық түрлендірулер тобы 1=g(z) = az + b, мұнда a ≠ 0, күрделі аффиндік түрлендірулермен берілгенін ескеріңіз. Бұл түрлендірулер Евклидтік метриканы факторға дейін сақтайды, сондай-ақ бағдарды сақтайды. Бұл ∞ нүктесін бекітетін Мёбиус тобының кіші тобы. Метрикалық құрылымды каноникалық фундаменталды доменді 1=C = {z: d(z, 0) < d(z, λ) барлық λ ≠ 0 үшін Λ} деп анықтау үшін пайдалануға болады. (Бұл анықтамадан оның фундаменталды домен екені анық көрінеді.) Бұл Дирихле доменінің немесе Вороной диаграммасының мысалы: күрделі трансляциялар Абелдік топты құрайтындықтан, Λ әрекетімен коммутациялайды, сондықтан бұл ұғымдар сәйкес келеді. 1=Λ = Z + Zω, Im ω > 0 үшін каноникалық фундаменталды домен симметриялық дөңгелек параллелограмм немесе центрі 0-де орналасқан алтыбұрыш болып табылады. Конформдық эквиваленттілік бойынша ω периоды қанағаттандыру үшін одан әрі шектелуі мүмкін, және Дирихле көрсеткендей ("Дирихленің алтыбұрыш теоремасы", 1850), ω-ның дерлік барлық мәндері үшін фундаменталды домен алтыбұрыш болып табылады. Re ω > 0 үшін қабырғалардың орта нүктелері ±1/2, ±ω/2 және ±(ω – 1)/2 арқылы беріледі; қабырғалар 0-ден ортогональды түрде сәйкес радиустарды екіге бөледі, бұл төбелерді толық анықтайды. Шын мәнінде, бірінші төбе (1 + ix)/2 және ω(1 + iy)/2 түрінде болуы керек, мұнда x және y нақты сандар; егер 1=ω = a + ib болса, онда 1=a – by = 1 және 1=x = b + ay. Сондықтан 1=y = (a – 1)/b және 1=x = (a2 + b2 – a)/b. Алты төбе, демек, ±ω(1 – iy)/2 және ±(1 ± ix)/2 болып табылады.
Нормалданған көпбұрыш
Бұл бөлімде, кездейсоқ Дирихле көпбұрышынан бастап, көпбұрышты 4g эквивалентті төбелері бар және қабырғаларында каноникалық жұптастыруы бар, дөңес емес көпбұрышқа өзгерту әдісі сипатталады. Бұл қарастыру, -да ұсынылған, бағдарланатын 2 өлшемді көпжақтардың классикалық топологиялық жіктелуінің аналитикалық аналогы болып табылады.
Фрике каноникалық көпбұрышы
G-ден үлкен Riemann бетін қарастыра отырып, Фрике тағы бір негізгі көпбұрыш – Фрике каноникалық көпбұрышын сипаттады, ол Дирихле көпбұрыштарының ерекше мысалы болып табылады. Көпбұрыш беттің негізгі тобының стандартты ұсынымымен байланысты. Фрике-нің бастапқы құрылысы күрделі, ал Альфорс пен Берстің квазиконформациялық бейнелеулер теориясын қолдану арқылы Фрике құрылысының жаңа, қысқа және дәл нұсқасы ұсынылды. Фрике каноникалық көпбұрышы келесі қасиеттерге ие: Фрике көпбұрышында 4g төбесі бар, олардың барлығы Γ орбитасында орналасқан. Төбе – екі қабырғаның қиылысқан нүктесі. Қабырғалар ерекше жұптарға топтастырылған, сондықтан бір қабырғаны жұптасқан қабырғаға көшіретін және бағытын кері айналдыратын Γ-ның бірегей элементі бар. Γ әрекеті бағытты сақтайтындықтан, егер бір қабырға белгіленсе, онда жұптың екінші қабырғасы қарама-қарсы бағытта белгіленуі мүмкін. Стандартты көпбұрыштардың қабырғаларын көршілес қабырғалар тізімі мынадай формада болатындай етіп орналастыруға болады. Яғни, қабырғалардың жұптары осылайша араласып орналасуы мүмкін. Қабырғалар – геодезиялық доғалар. Фрике көпбұрышының ішкі бұрыштарының әрқайсысы қатаң түрде кішіден кем, сондықтан көпбұрыш қатаң түрде дөңес, ал осы ішкі бұрыштардың қосындысы 2-ге тең. Жоғарыдағы құрылым көпбұрыштың әр қабырғасының Риман бетіндегі H/Γ жабық (тривиалды емес) контур екенін кепілдіктейді. Осылайша, әр қабырға негізгі топтың элементі болады. Атап айтқанда, негізгі топта 2g генераторы бар, дәл бір анықтамалық шектеумен. Риман беті H/Γ-ның генуі g-ға тең.
The vertices of the Fricke polygon has 4g vertices which all lie in an orbit of Γ. By vertex is meant the point where two sides meet. The sides are matched in distinct pairs, so that there is a unique element of Γ carrying a side to the paired side, reversing the orientation. Since the action of Γ is orientation preserving, if one side is called , then the other of the pair can be marked with the opposite orientation The edges of the standard polygon can be arranged so that the list of adjacent sides takes the form That is, pairs of sides can be arranged so that they interleave in this way. The sides are geodesic arcs. Each of the interior angles of the Fricke polygon is strictly less than , so that the polygon is strictly convex, and the sum of these interior angles is 2. The above construction is sufficient to guarantee that each side of the polygon is a closed (non trivial) loop in the Riemann surface H/Γ. As such, each side can thus an element of the fundamental group In particular, the fundamental group has 2g generators , with exactly one defining constraint,
The genus of the Riemann surface H/Γ is g.
Аумағы
Стандартты негізгі көпбұрыш ауданы , мұнда g – Риман бетінің туысы (теңдесі бойынша, 4g – көпбұрыштың қабырғаларының саны). Стандартты көпбұрыш H/Γ-ның өкілі болғандықтан, Риман бетінің жалпы ауданы стандартты көпбұрыш ауданына тең. Ауданын формуласы Гаусс-Бонне теоремасынан шығады және белгілі бір жағдайда Риман-Хурвиц формуласы арқылы кеңейтіледі.