Кіріспе
Гиперболалық геометрияның моделі Геометрияда БелтрамиКлейн моделі, проективті модель, Клейн дискісі моделі және КейлиКлейн моделі деп те аталады, гиперболалық геометрияның моделі болып табылады, онда нүктелер бірлік дискі (немесе n өлшемді бірлік шар) ішіндегі нүктелермен, ал сызықтар хордалармен, шекаралық сферадағы идеалдық нүктелері бар тура сызық сегменттерімен бейнеленеді. БелтрамиКлейн моделі итальян геометрі Евгенио Белтрами мен неміс Феликс Клейннің есімімен аталған, ал КейлиКлейн моделіндегі "Кейли" ағылшын геометрі Артур Кейлиге қатысты. БелтрамиКлейн моделі сфералық геометрияның гномоникалық проекциясына ұқсас, онда геодезиялар (сфералық геометриядағы үлкен шеңберлер) тура сызықтарға картаға түсіріледі. Бұл модель конформды емес, яғни бұрыштар мен шеңберлер бұрмаланған, ал Пуанкаре дискінің моделі оларды сақтайды. Бұл модельде сызықтар мен сегменттер тура Евклидтік сегменттер, ал Пуанкаре дискінің модельінде сызықтар шекараны ортогональды түрде қосқан доғалар болып табылады.
In geometry, the Beltrami–Klein model, also called the projective model, Klein disk model, and the Cayley–Klein model, is a model of hyperbolic geometry in which points are represented by the points in the interior of the unit disk (or n dimensional unit ball) and lines are represented by the chords, straight line segments with ideal endpoints on the boundary sphere. The Beltrami–Klein model is named after the Italian geometer Eugenio Beltrami and the German Felix Klein while "Cayley" in Cayley–Klein model refers to the English geometer Arthur Cayley. The Beltrami–Klein model is analogous to the gnomonic projection of spherical geometry, in that geodesics (great circles in spherical geometry) are mapped to straight lines. This model is not conformal, meaning that angles and circles are distorted, whereas the Poincaré disk model preserves these. In this model, lines and segments are straight Euclidean segments, whereas in the Poincaré disk model, lines are arcs that meet the boundary orthogonally.
Тарих
Бұл модель гиперболалық геометрия үшін алғаш рет 1868 жылы жарық көрген Евгенио Белтрамидің екі естелігінде пайда болды, алдымен 1=n = 2 өлшем үшін, содан кейін жалпы n үшін, бұл очерктер гиперболалық геометрияның қарапайым Евклидтік геометриямен теңдігін дәлелдеді. Белтрамидің еңбектері соңғы кезге дейін көпшілік назарына ілінбей, модель Кляйннің есімімен аталды ("Кляйн дискінің моделі"). Бұл былай болды. 1859 жылы Артур Кейли Лагуэрге байланысты бұрыштардың қиылысу қатынасы анықтамасын пайдаланып, Эвклид геометриясын проективті геометрия арқылы қалай анықтауға болатынын көрсетті. Оның қашықтықты анықтау әдісі Кейли метрикасы деп аталды. 1869 жылы жас (жиырма жастағы) Феликс Клейн Кейлидің жұмысымен танысады. 1870 жылы Вейерштрасс семинарында Кейлидің еңбегі туралы баяндама жасағанын еске түсіріп, былай деп жазды: "Мен Кейли мен Лобачевскийдің идеялары арасында байланыс болуы мүмкін бе деген сұрақпен аяқтадым. Маған бұл екі жүйе тұжырымдамалық тұрғыдан бір-бірінен мүлдем бөлек екендігі туралы жауап берілді". Кейін Феликс Клейн Кейлидің идеялары Евклидтік емес жазықтықтың проекциялық моделін тудыратындығын түсінді. Клейн былай дейді: "Мен осы қарсылықтарға өзімді сендіріп, осы ескірген идеяны бір жағына тастадым". Алайда 1871 жылы ол осы идеяға қайта оралып, оны математикалық тұрғыдан тұжырымдап, жариялады.
"I finished with a question whether there might exist a connection between the ideas of Cayley and Lobachevsky. I was given the answer that these two systems were conceptually widely separated." Later, Felix Klein realized that Cayley's ideas give rise to a projective model of the non Euclidean plane. As Klein puts it, "I allowed myself to be convinced by these objections and put aside this already mature idea." However, in 1871, he returned to this idea, formulated it mathematically, and published it.
Қасиеттері
Шекаралық шеңберде кездесетін хордтар параллель сызықтарды шектейді. Екі хорда тік орналасқан, егер дисктен тыс созылып, әрқайсысы екіншісінің полюсі арқылы өтеді. (Аккордтың полюсі - бұл өте идеалдық нүкте: диск сыртындағы нүкте, онда аккордтың соңғы нүктелерінде дискке тангенстер кездеседі.) Дисктің ортасынан өтетін акордтардың полюсі шексіз, акордтың бағытына ортогональ (бұл диаметрлердегі тік бұрыштар бұрмаланбағанын білдіреді).
Компас және тік жиек конструкциялары
Мұнда гиперболалық жазықтықтағы негізгі конструкциялардың әсеріне жету үшін модельдегі компас пен тік жиек конструкцияларын қалай қолдануға болады. Сызықтың бағанасы. Полюс гиперболалық жазықтықтағы нүкте емес (бұл ультра-идеалдық нүкте) болса да, көптеген конструкциялар түзудің полюсін бір немесе бірнеше жолмен қолданады. Сызық үшін: сызықтың идеалдық (соңы) нүктелері арқылы шекаралық шеңберге тангенстерді құрастыру. Бұл тангенстер қиылысатын нүкте - полюс. Диск диаметрлері үшін: полюс диаметріне перпендикуляр шексіз. Берілген нүкте арқылы берілген түзуге перпендикулярды құру үшін берілген нүкте арқылы өтетін түзудің полюсінен сәуле тартыңыз. Дискідегі сәуле бөлігінің перпендикуляр бөлігі. Егер түзу диск диаметрі болса, онда перпендикуляр - диаметріне перпендикуляр (Евклидтік) және берілген нүкте арқылы өтетін хорда. Берілген сегменттің орта нүктесін табу үшін: А және В арқылы перпендикуляр сызықтарды сыз (жоғарыда қараңыз) Бұл сызықтардың идеалдық нүктелерін жалғастыратын сызықтарды сыз, бұл сызықтардың екеуі сегментті қиып өтеді және мұны бір нүктеде жасайды. Бұл нүкте - (гиперболалық) орта нүктесі. Берілген бұрышты екіге бөлу үшін: АВ және АС сәулелерін сыз. Кругтың шекті шеңберін қиып өтетін шеңберге тангенс сыз. А-дан тангенстер қиылысатын нүктеге дейін сызық сыз. А мен шекаралық шеңбер арасындағы тура сызықтың бөлігі - бисектора. Екі түзудің ортақ перпендикуляры - созылғанда екі полюстен де өтетін хорда. Егер шарлардың бірі шекара шеңберінің диаметрі болса, онда ортақ перпендикуляр диаметріне перпендикуляр болатын және ұзартылғанда басқа шардың полюсі арқылы өтетін шар. P нүктесін l түзуде бейнелеу үшін: R нүктесінен l түзудегі сәуле P арқылы тартылады. X сәуле абсолютті қиып өтетін идеалдық нүкте болсын. I мен X арасындағы түзудің полюсінен сәуле сыз, Y сәулемен қиылысатын тағы бір идеалдық нүкте болсын. RY сегментін сыз. P нүктесінің шағылысуы - l сызығының полюсінен P арқылы өтетін сәуле RY-ді қиып өтетін нүкте.
Дөңгелектер, гиперциклдер және гороциклдер
Гиперболалық жазықтықтағы сызықтарды Клейн дискісі моделіне салу оңай болса да, шеңберлер, гиперциклдер мен гороциклдермен бірдей емес. Модельдегі шеңберлер (белгілі бір нүктеден, оның ортасынан берілген қашықтықта орналасқан жазықтықтағы барлық нүктелердің жиынтығы) шетке жақындаған сайын тегістеліп бара жатқан эллипске айналады. Сондай-ақ Клейн дискісінің модельіндегі бұрыштар деформацияланған. Гиперболалық жазықтықта шеңберлер, гиперциклдер, хороциклдер немесе тік бұрыштардан тұратын конструкциялар үшін Пуанаре дискінің үлгісін немесе Пуанаре жартылай жазықтық үлгісін пайдалану жақсы.
Диск моделінің гиперболоидтық модельмен байланысы
Гиперболоидтық модель де, Клейн дискілік модель де гиперболалық жазықтықтың модельдері болып табылады. Клейн дискісі (К, суретте) гиперболоидтық модельдің (Hy) гномоникалық проекциясы, оның орталығы гиперболоидтың орталығы (O) және проекция жазықтығы гиперболоидтың ең жақын нүктесіне жанасатын.