Кіріспе
Геометрияда Евклидтік жазықтық изометриясы — Евклидтік жазықтықтың изометриясы, немесе, көбінесе, ұзындық сияқты геометриялық қасиеттерді сақтайтын жазықтықты түрлендірудің бір жолы. Олардың төрт түрі бар: жылжулар, бұрылулар, кері бұрылулар және жылмалы кері бұрылулар (төменде қараңыз). Евклидтік жазықтық изометрияларының жиыны құрамы бойынша топты құрайды: екі өлшемді Евклидтік топ. Ол түзулердегі кері бұрылулар арқылы жасалады, ал Евклидтік топтың әрбір мүшесі ең көп дегенде үш түрлі кері бұрылудың қосындысы болып табылады.
Бейресми талқылау
Бейресми түрде, Евклидтік жазықтық изометриясы – жазықтықты "деформацияламастан" түрлендірудің кез келген әдісі. Мысалы, Евклидтік жазықтықты үстел үстінде жатқан мөлдір пластик парақ ретінде қарастырайық. Изометрияның мысалдары: парақты оңға бір дюймға жылжыту. Парақты белгілі бір нүктесінен он градусқа бұру (сол нүкте өз орнында қалады). Парақты кері бұрып, арт жағынан қарау. Егер парақтың бір жағына сурет салсақ, оны кері бұрғанда суреттің көлеңкесін көреміз. Бұл сәйкесінше жылжу, бұру және кері бейнелеу мысалдары. Евклидтік жазықтық изометрияларының жіктелуін қараңыз (төменде). Бірақ парақты бүктеу, кесу немесе еріту изометрия саналмайды. Сондай-ақ, иіп, созу немесе бұру сияқты аз шамалы өзгерістер де изометрия емес.
Shifting the sheet one inch to the right. Rotating the sheet by ten degrees around some marked point (which remains motionless). Turning the sheet over to look at it from behind. Notice that if a picture is drawn on one side of the sheet, then after turning the sheet over, we see the mirror image of the picture. These are examples of translations, rotations, and reflections respectively. There is one further type of isometry, called a glide reflection (see below under classification of Euclidean plane isometries). However, folding, cutting, or melting the sheet are not considered isometries. Neither are less drastic alterations like bending, stretching, or twisting.
Жіктеу
Евклидтік жазықтық изометрияларының төрт түрі бар екенін көрсетуге болады. (Ескерту: төменде тізілген изометрия түрлерінің нотациясы толыққанды стандартталмаған.)
Қатты түрлендірулер
Трансляциялар мен айналулардың жиынтығы бірге қатаң қозғалыстарды немесе қатаң орын ауыстыруларды құрайды. Бұл жиын композиция арқылы топты құрайды, яғни қатаң қозғалыстар тобын, ол толық Евклидтік изометриялар тобының кіші тобы болып табылады.
Изометриялар шағылысу тобы ретінде
Көріністер немесе айна изометриялары кез келген изометрияны құру үшін біріктіріле алады. Осылайша, изометриялар – шағылысу тобының мысалы.
Үш айна жеткілікті
Көбірек айналарды қосу (жазықтықта) мүмкіндіктерді арттырмайды, себебі оларды әрқашан бір-бірін жою үшін қайта орналастыруға болады.
Топтың құрылымы
Тақ сан айналарды қажет ететін изометриялар — көлеңкелеу және жылжулы көлеңкелеу — әрқашан сол мен оң жақтарды ауыстырады. Жұп изометриялар — сәйкестік, бұру және жылжу — ешқашан олай жасамайды; олар қатаң қозғалыстарға сәйкес келеді және толық Евклидтік изометриялар тобының нормальды кіші тобын құрайды. Толық топ та, жұп кіші топ та абельдік емес; мысалы, екі параллель айнаның композициясының ретін өзгерту олар тудыратын жылжудың бағытын өзгертеді. Жұп кіші топ нормальды болғандықтан, ол үлестік топқа гомоморфизмнің ядросы болып табылады, онда үлестік топ көлеңкелеуден және сәйкестіктен тұратын топқа изоморфты. Дегенмен, толық топ жұп кіші топ пен үлестік топтың тікелей көбейтіндісі емес, тек жартылай тікелей көбейтіндісі болып табылады.
Құрамы
Изометриялардың құрамы түрлі тәсілдермен түрлерді араластырады. Біз сәйкестікті екі көздергей немесе ешқайсысы ретінде қарастыра аламыз; қай жағдайда болса да, оның құрамына әсері жоқ. Екі шағылыс аударманы, айналуды немесе сәйкестікті (тривиальды түрде екеуін де) береді. Шағылыс осылардың кез келгенімен біріктірілгенде бір шағылысқа дейін қысқаруы мүмкін; әйтпесе ол үш көздергейлі изометрияны, жылғы шағылысты береді. Аудармалардың жұптары әрқашан бір аудармаға дейін келеді; сондықтан қиын жағдайлар айналулармен байланысты. Біз айналудың немесе аударманың құрамы жұп изометрияны тудыратынын білеміз. Аудармамен біріктіру басқа айналуды (сол мөлшерде, жылған бекітілген нүктемен) тудырады, бірақ айналумен біріктіру аударманы немесе айналуды береді. Екі айналудың құрамы айналуды тудырады деп көбінесе айтылады, және Эйлер 3D кеңістікте осыған қатысты теореманы дәлелдеді; алайда, бұл тек бір бекітілген нүктесі бар айналулар үшін ғана дұрыс.
Ауыстыру, айналу және ортогональды кіші топтар
Осылайша, бізде изометрияның екі жаңа түрінің кіші топтары пайда болады: барлық трансляциялар және бір тұрақты нүктесі бар айналымдар. Екеуі де жұп кіші топтың ішіндегі кіші топтар болып табылады, және трансляциялар олардың ішінде қалыпты кіші топ есебінде қарастырылады. Трансляциялар қалыпты кіші топ болғандықтан, оларды есептен шығарып тастауға болады, нәтижесінде тұрақты нүктесі бар изометриялардың кіші тобы – ортогональды топ қалды.
Дискретті кіші топтар
Осыған дейін талқыланған кіші топтар тек шексіз ғана емес, сонымен қатар үздіксіз (Ли топтары). Кем дегенде бір нөлдік емес трансляцияны қамтитын кез келген кіші топ шексіз болуы керек, бірақ ортогональды топтың кіші топтары шекті болуы мүмкін. Мысалы, дұрыс бесбұрыштың симметриясы 72° (360° / 5) бөлшегінің толық еселігімен айналудан және бес қабырғасын тік бұрышпен кесетін бес айнадағы бейнелеулерден тұрады. Бұл D5 тобы, онда 10 элемент бар. Оның C5 кіші тобы бар, ол бейнелеулерді жоймай, көлемін екі есе кемітеді. Бұл екі топ кез келген n > 1 үшін Dn және Cn отбасыларының мүшелері болып табылады. Бұл отбасылар бірігіп розетка топтарын құрайды. Трансляциялар өздеріне кері оралмайды, бірақ кез келген шекті трансляцияның толық еселігін немесе екі тәуелсіз трансляцияның еселіктерінің қосындысын кіші топ ретінде алуға болады. Бұл жазықтықтың периодтық кесуінің торларын жасайды. Біз сондай-ақ осы екі дискретті топты – белгілі бір нүктедегі дискретті айналулар мен бейнелеулерді және дискретті трансляцияларды – біріктіре аламыз, осылай фриз топтары мен обой топтарын құруға болады. Қызығы, дискретті трансляциялармен үйлесетін белгілі бір нүктелер тобының ғана бірнешеуі табылды. Шын мәнінде, тордың үйлесімділігі соншалықты қатаң шектеу қояды, изоморфизмге дейін бізде тек 7 түрлі фриз тобы және 17 түрлі обой тобы бар. Мысалы, D5 бесбұрыштың симметриясы трансляциялардың дискретті торымен үйлеспейді. (Әр жоғары өлшемде де осындай кристаллографиялық топтардың саны шекті, бірақ саны тез өседі; мысалы, 3D-де 230 топ, ал 4D-де 4783 топ бар.)