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庞加莱度量

指数 庞加莱度量

数学中,庞加莱度量(Poincaré metric),以昂利·庞加莱命名,描述了一个常负曲率二维曲面的度量张量。它是双曲几何和黎曼曲面中广为使用的自然度量。 在二维双曲几何中有三种广泛使用的等价表述。其中一个是庞加莱半平面模型,在上半平面上定义一个双曲空间模型。庞加莱圆盘模型在单位圆盘上定义了一个双曲空间模型。圆盘与上半平面通过一个共形映射联系,等距由莫比乌斯变换给出。第三个表述是在穿孔圆盘上,通常表示为与 q-类似(Q-analog)的关系,这种形式不同于前两种。.

30 关系: 压缩映射单位圆盘双曲几何复平面外积实数上半平面庞加莱半平面模型庞加莱圆盘模型交比度量张量体积形式圆盘儒勒·昂利·庞加莱凯莱-克莱因模型共形映射值域等距同构莫比乌斯变换高斯曲率调和函数黎曼球面黎曼曲面SL₂(ℝ)测地线施瓦茨引理数学数量曲率拉普拉斯-贝尔特拉米算子曲率

压缩映射

度量空间(M,d)上的压缩映射,或压缩,是一个从M到它本身的函数f,存在某个实数0 ,使得对于所有M内的x和y,都有: 满足以上条件的最小的k称为f的利普希茨常数。压缩映射有时称为利普希茨映射。如果以上的条件对于所有的0 都满足,则该映射称为非膨胀的。 更一般地,压缩映射的想法可以定义于两个度量空间之间的映射。如果(M,d)和(N,d')是两个度量空间,则我们寻找常数k,使得d'(f(x),f(y))\leq k\,d(x,y)对于所有M内的x和y。 每一个压缩映射都是利普希茨连续的,因此是一致连续的。 一个压缩映射最多有一个不动点。另外,巴拿赫不动点定理说明,非空的完备度量空间上的每一个压缩映射都有唯一的不动点,且对于M内的任何x,迭代函数序列x,f (x),f (f (x)),f (f (f (x))),……收敛于不动点。这个概念在迭代函数系统中是非常有用的,其中通常要利用压缩映射。巴拿赫不动点定理也用来证明常微分方程的解的存在,以及证明反函数定理。Theodore Shifrin, Multivariable Mathematics, Wiley, 2005, ISBN 0-471-52638-X, pp.

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单位圆盘

数学中,绕平面上给定点 P 的开单位圆盘(open unit disk),是与 P 的距离小于 1 的点集合: 绕 P 的闭单位圆盘(closed unit disk)是与 P 的距离小于或等于 1 的点集合: 单位圆盘是圆盘与单位球体的特例。 若无其它修饰语,术语单位圆盘用于绕原点关于标准欧几里得度量的开单位圆盘 D_1(0)。它是以原点为中心的半径为 1 的圆周的内部。这个集合可以与所有绝对值小于 1 的复数等价。当视为复平面 C 的一个子集时,开单位圆盘经常记作 \mathbb。.

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双曲几何

双曲几何又名罗氏几何(罗巴切夫斯基几何),是非欧几里德几何的一种特例。與欧几里德几何的差別在於第五條公理(公設)-平行公設。在欧几里德几何中,若平面上有一條直線R和線外的一點P,則存在唯一的一條線滿足通過P點且不與R相交(即R的平行線)。但在雙曲幾何中,至少可以找到兩條相異的直線,且都通過P點,並不與R相交,因此它違反了平行公設。然而,取代欧几里德几何中的平行公設的雙曲幾何本身並無矛盾之處,仍可以推得一系列屬於它的定理,這也說明了平行公設獨立於前四條公設,換句話說,無法由前四條公設推得平行公設。 到目前為止,數學家對雙曲幾何中平行線的定義尚未有共識,不同的作者會給予不同的定義。这里定義兩條逐漸靠近的線為漸進線,它們互相漸進;兩條有共同垂直線的線為超平行線,它們互相超平行,並且兩條線為平行線代表它們互相漸進或互相超平行。雙曲幾何還有一項性質,就是三角形的內角和小於一個平角(180°)。在極端的情況,三角形的三邊長趨近於無限,而三內角趨近於0°,此時該三角形稱作理想三角形。 双曲几何专门研究当平面变成鞍马型之后,平面几何到底还有几多可以适用,以及会有甚麼特別的现象產生。在双曲几何的环境裡,平面的曲率是負数。 通過兩個點可形成一個直線.

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复平面

数学中,复平面(complex plane)是用水平的实轴与垂直的虚轴建立起来的复数的几何表示。它可视为一个具有特定代数结构笛卡儿平面(实平面),一个复数的实部用沿着 x-轴的位移表示,虚部用沿着 y-轴的位移表示。 复平面有时也叫做阿尔冈平面,因为它用于阿尔冈图中。这是以让-罗贝尔·阿尔冈(1768-1822)命名的,尽管它们最先是挪威-丹麦土地测量员和数学家卡斯帕尔·韦塞尔(1745-1818)叙述的。阿尔冈图经常用来标示复平面上函数的极点与零点的位置。 复平面的想法提供了一个复数的几何解释。在加法下,它们像向量一样相加;两个复数的乘法在极坐标下的表示最简单——乘积的长度或模长是两个绝对值或模长的乘积,乘积的角度或辐角是两个角度或辐角的和。特别地,用一个模长为 1 的复数相乘即为一个旋转。.

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外积

外积(Outer product),在线性代数中一般指两个向量的张量積,其結果為一矩陣;與外积相對,兩向量的內積結果為純量。 外積也可視作是矩陣的克羅內克積的一種特例。注意到:一些作者將「張量的外積」作為張量積的同義詞。.

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实数

实数,是有理數和無理數的总称,前者如0、-4、81/7;后者如\sqrt、\pi等。实数可以直观地看作小數(有限或無限的),它們能把数轴「填滿」。但僅僅以枚舉的方式不能描述實數的全體。实数和虚数共同构成复数。 根据日常经验,有理數集在數軸上似乎是「稠密」的,于是古人一直认为用有理數即能滿足測量上的實際需要。以邊長為1公分的正方形為例,其對角線有多長?在規定的精度下(比如誤差小於0.001公分),總可以用有理數來表示足夠精確的測量結果(比如1.414公分)。但是,古希臘畢達哥拉斯學派的數學家發現,只使用有理數無法完全精確地表示這條對角線的長度,這徹底地打擊了他們的數學理念;他們原以為:.

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上半平面

上半平面(upper half-plane)H是一数学名詞,是指由虛部為正的复数組成的集合: 此詞語的由來是因為虛數x + iy常視為是在笛卡儿坐标系下,平面中的點(x,y),若垂直方向為Y軸時,其上半平面對應X軸以上的區域,因此也對應y > 0區域的複數。 上半平面是許多複分析中重要函數的定義域,特別是模形式。y n,最大对称,單連通,截面曲率為-1的n維黎曼流形。此表示方式下,上半平面為H2因為其實維度為2。 数论中的希爾伯特模形式和一些函數在許多上半平面組成的空間Hn有關。另一個數論研究者感興趣的空間是Hn,是西格爾模形式的定義域。.

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庞加莱半平面模型

在非欧几里得几何中,庞加莱半平面模型(Poincaré half-plane model)是赋有庞加莱度量的上半平面,这是二维双曲几何的一个模型。 它以昂利·庞加莱命名,但最初是贝尔特拉米(Eugenio Beltrami)发现的,他用这个模型与克莱因模型以及庞加莱圆盘模型(属于黎曼)证明了双曲几何与欧几里得几何的相容性等价(equiconsistent)。圆盘模型与半平面模型在共形映射下是等价的。.

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庞加莱圆盘模型

几何中,庞加莱圆盘模型(Poincaré disk model),也叫共形圆盘模型(conformal disk model),是一个 n-维双曲几何模型。几何中的点對應到 n 维圆盘(或球)上的點,几何中的「直线」(准确地说是测地线)對應到任意垂直于圆盘边界的圓孤或是圆盘的直径。庞加莱圆盘模型、克莱因模型以及庞加莱半空间模型,一起被贝尔特拉米用来证明双曲几何与欧几里得几何的相容性等价。.

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交比

数学上,複平面上四点的交比是 这个定义可以连续延拓至整个黎曼球面,即複平面加上无穷远点。 一般来说,交比可以定义在射影直线(黎曼球面就是複射影直線)。在任何仿射坐标卡中,交比由上式给出。交比是射影几何的不变量,就是说射影变换保持交比不变。 从前人们注意到如果四条直线穿过一点P,第五条直线L不穿过P,分别与四条直线交于四点,那么在L上按序取四点的有向长度,所算出的交比是独立于L。它是这四直线系的不变量。 四个複数的交比为实数当且唯当四点共线或共圆。.

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度量张量

在黎曼幾何裡面,度量張量(英語:Metric tensor)又叫黎曼度量,物理学译为度規張量,是指一用來衡量度量空间中距離,面積及角度的二階張量。 當选定一個局部坐標系統x^i,度量張量為二階張量一般表示為 \textstyle ds^2.

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体积形式

数学中,体积形式提供了函数在不同坐标系(比如球坐标和圆柱坐标)下对体积积分的一种工具。更一般地,一个体积元是流形上一个测度。 在一个定向n-维流形上,体积元典型地由体积形式生成,所谓体积元是一个处处非零的n-阶微分形式。一个流形具有体积形式当且仅当它是可定向的,而可定向流形有无穷多个体积形式(细节见下)。 有一个推广的伪体积形式概念,对无论可否定向的流形都存在。 许多类型的流形有典范的(伪)体积形式,因为它们有额外的结构保证可选取一个更好的体积形式。在复情形,一个带有全纯体积形式的凯勒流形是卡拉比-丘流形。.

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圆盘

在几何中,一个圆盘(disk 或 disc)是由平面中一个圆(circle)围成的区域。一個圓只包含邊界,而一個圓盤包含内部區域。 在度量幾何與凸分析中,圓盤是凸集,因為每兩點之間的直线點都落在該點集合中;但是圓不是凸集,因為它是中空的。.

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儒勒·昂利·庞加莱

儒勒·昂利·庞加莱(Jules Henri Poincaré,法語发音,又译作彭加勒、昂利·彭加勒,),通常称为昂利·庞加莱,法国最伟大的数学家之一,理论科学家和科学哲学家。庞加莱被公认是19世纪后和20世纪初的领袖数学家,是繼高斯之後对于数学及其应用具有全面知识的最后數學家。 他对数学,数学物理,和天体力学做出了很多创造性的基础性的贡献。他提出的庞加莱猜想是数学中最著名的问题之一。在他对三体问题的研究中,庞加莱成了第一个发现混沌确定系统的人並为现代的混沌理论打下了基础。庞加莱比爱因斯坦的工作更早一步,并起草了一个狭义相对论的简略版。庞加莱群以他命名。.

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凯莱-克莱因模型

几何中,凯勒-克莱因模型(Cayley–Klein model),也称为射影模型(projective model)、克莱因圆盘模型(Klein disk model)或贝尔特拉米-克莱因模型(Beltrami–Klein model),是 n-维双曲几何的一个模型,其中点由 n-维单位球(二维时或称单位圆盘)中的点表示,直线由端点位于边界球面的直线段(即弦)表示。此模型最先出现于贝尔特拉米1868年的两篇论文中,首先是 n.

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共形映射

数学上,共形变换(Conformal map)或稱保角变换,來自於流体力学和几何学的概念,是一个保持角度不变的映射。 更正式的说,一个映射 称为在 z_0 \, 共形(或者保角),如果它保持穿过 z_0 \, 的曲线间的定向角度,以及它们的取向也就是说方向。共形变换保持了角度以及无穷小物体的形状,但是不一定保持它们的尺寸。 共形的性质可以用坐标变换的导数矩阵雅可比矩阵的术语来表述。如果变换的雅可比矩阵处处都是一个标量乘以一个旋转矩阵,则变换是共形的。.

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值域

在数学中,函数的值域(Range)是由定义域中一切元素所能產生的所有函數值的集合。有时候也称为函数的像。 给定函数f: A\rightarrow B,集合f(A)被称为是f的值域,记为R_。值域不应跟陪域B相混淆。一般来说,值域只是陪域的一个子集。.

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等距同构

在数学中,「等距同构」或稱「保距映射」(isometry),是指在度量空间之中保持距离不变的同构关系。几何学中的对应概念是全等变换。 等距同构经常用于将一个空间嵌入到另一空间的构造中。例如,测度空间M的完备化即涉及从M到M' 的等距同构,这里M' 是M上柯西序列所构成的空间关于“距离为零”的等价关系的商集。这样,原空间M就等距同构到完备的度量空间的一个稠密子空间并且通常用这一空间来指代原空间M。 其它的嵌入构造表明每一度量空间都等距同构到某一賦範向量空間的一个闭子集以及每一完备度量空间都等距同构到某一巴拿赫空间的一个闭子集。 一个希尔伯特空间上的等距、满射的线性算子被称为酉算子。.

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莫比乌斯变换

在几何学--, 莫比乌斯变换是一类从黎曼球面映射到自身的函数。用扩展复平面上的复数表示的话,其形式为: 其中 z, a, b, c, d 为满足 ad − bc ≠ 0的(扩展)复数。 莫比乌斯变换也可以被分解为以下几个变换:把平面射影到球面上,把球体进行旋转、位移等任何变换,然后把它射影回平面上。 莫比乌斯变换是以数学家奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯的名字命名的,它也被叫做单应变换(homographic transformation)或分式线性变换(linear fractional transformation)。.

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高斯曲率

微分几何中,曲面上一点的高斯曲率是该点主曲率κ1和κ2的乘积。它是曲率的内在度量,也即,它的值只依赖于曲面上的距离如何测量,而不是曲面如何嵌入到空间。这个结果是高斯绝妙定理的主要内容。 用符号表示,高斯曲率K定义为 也可以如下给出 其中\nabla_i.

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调和函数

在数学、数学物理学以及随机过程理论中,都有调和函数的概念。一个调和函数是一个二阶连续可导的函数f: U → R(其中U是Rn里的一个开子集),其满足拉普拉斯方程,即在U上满足方程: \frac + \frac + \cdots + \frac.

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黎曼球面

数学上,黎曼球面是一种将複數平面加上一个无穷远点的扩张,使得下面这类公式至少在某种意义下有意义 它由19世纪数学家黎曼而得名。也称为.

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黎曼曲面

数学上,特别是在复分析中,一个黎曼曲面是一个一维复流形。黎曼曲面可以被視为是一个复平面的变形版本:在每一点局部看来,他们就像一片复平面,但整体的拓扑可能极为不同。例如,他们可以看起来像球或是环,或者两个页面粘在一起。 黎曼曲面的精髓在于在曲面之间可以定义全纯函数。黎曼曲面现在被认为是研究这些函数的整体行为的自然选择,特别是像平方根和自然对数这样的多值函數。 每个黎曼曲面都是二维实解析流形(也就是曲面),但它有更多的结构(特别是一个複結構),因为全純函数的无歧义的定义需要用到这些结构。一个实二维流形可以变成为一个黎曼曲面(通常有几种不同的方式)当且仅当它是可定向的。所以球和环有複結構,但是莫比乌斯带,克莱因瓶和射影平面没有。 黎曼曲面的几何性质是最妙的,它们也给與其它曲线,流形或簇上的推广提供了直观的理解和动力。黎曼-罗赫定理就是这种影响的最佳例子。.

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SL₂(ℝ)

在数学中,特殊线性群  是行列式为  的  实矩阵组成的群: a & b \\ c & d \end: a,b,c,d\in\mathbb\right.\,,且 ad-bc.

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测地线

测地线又称大地线或短程线,数学上可视作直线在弯曲空间中的推广;在有度规定义存在之时,测地线可以定义为空间中两点的局域最短路径。测地线(geodesic)的名字来自对于地球尺寸与形状的大地测量学(geodesy)。.

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施瓦茨引理

数学上,施瓦茨引理是複分析关于定义在单位开圆盘的全纯函数的一个结果,以赫尔曼·阿曼杜斯·施瓦茨为名。 设\mathbb.

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数学

数学是利用符号语言研究數量、结构、变化以及空间等概念的一門学科,从某种角度看屬於形式科學的一種。數學透過抽象化和邏輯推理的使用,由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察而產生。數學家們拓展這些概念,為了公式化新的猜想以及從選定的公理及定義中建立起嚴謹推導出的定理。 基礎數學的知識與運用總是個人與團體生活中不可或缺的一環。對數學基本概念的完善,早在古埃及、美索不達米亞及古印度內的古代數學文本便可觀見,而在古希臘那裡有更為嚴謹的處理。從那時開始,數學的發展便持續不斷地小幅進展,至16世紀的文藝復興時期,因为新的科學發現和數學革新兩者的交互,致使數學的加速发展,直至今日。数学并成为許多國家及地區的教育範疇中的一部分。 今日,數學使用在不同的領域中,包括科學、工程、醫學和經濟學等。數學對這些領域的應用通常被稱為應用數學,有時亦會激起新的數學發現,並導致全新學科的發展,例如物理学的实质性发展中建立的某些理论激发数学家对于某些问题的不同角度的思考。數學家也研究純數學,就是數學本身的实质性內容,而不以任何實際應用為目標。雖然許多研究以純數學開始,但其过程中也發現許多應用之处。.

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数量曲率

在黎曼几何中,数量曲率(Scalar curvature)或里奇数量(Ricci scalar)是一个黎曼流形最简单的曲率不变量。对黎曼流形的每一点,数量曲率是由该点附近的内蕴几何确定的一个实数。 在 2 维数量曲率完全确定了黎曼流形的曲率;当维数 ≥ 3,曲率比数量曲率含有更多的信息。参见黎曼流形的曲率中完整的讨论。 数量曲率一般记为 S(其它记法有 Sc, R),定义为关于度量的里奇曲率张量的迹: 这个迹和度量相关,因为里奇张量是一个 (0,2) 型张量;必须将指标上升得到一个 (1,1) 型张量才能取迹。在局部坐标中我们可以写成 这里 给了一个坐标系与一个度量张量,数量曲率可以表示为: 这里 \Gamma^a_ 是度量的克里斯托费尔符号。 不像黎曼曲率张量或里奇张量可以对任何仿射联络自然地定义,数量曲率只在黎曼几何存在;其定义与度量密不可分。.

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拉普拉斯-贝尔特拉米算子

在微分几何中,拉普拉斯算子可以推广为定义在曲面,或更一般地黎曼流形与伪黎曼流形上,函数的算子。这个更一般的算子叫做拉普拉斯-贝尔特拉米算子(Laplace–Beltrami operator)。与拉普拉斯算子一样,拉普拉斯–贝尔特拉米算子定义为梯度的散度。这个算子作为共变导数的散度,可以延拓到张量上的算子。或者,利用散度与外导数,这个算子可以推广到微分形式上的算子,所得的算子称为拉普拉斯-德拉姆算子(Laplace–de Rham operator)。.

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曲率

曲率,符号以Kappa:κ表示,是几何体不平坦程度的一种衡量。平坦对不同的几何体有不同的意義。 曲率半径,符号以Rho:ρ表示,是曲率的倒数,单位为米。.

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Poincaré 度量Poincaré度量

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