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Zona del enrejado generado por $(n, n\sqrt{2} \mod 1)$

He trazado $\Big\{ (n, n \sqrt{2} \, \mathrm{mod} \,1) \;\Big| -50 \leq n \leq 50 \Big\}$, e incluso a pesar de la $n \sqrt{2}$ es una línea, el patrón que emerge es una celosía. ¿Cuál es la base de este entramado? Y el área básica de la región?

Mientras que estas cosas pueden ser calculada numéricamente. Me gustaría tener una forma sistemática de hacer esto.

La base parece ser $\big\{(5, 5\sqrt{2}-7), (-7, -7\sqrt{2} + 10) \big\}$. El área generada por esta rejilla debe ser:

$$ \left|\begin{array}{rr} 5 & -7 \\ 5 \sqrt{2} - 7 & - 7 \sqrt{2} + 10\end{array} \right| = (5)( - 7 \sqrt{2} + 10) - (-7)(5 \sqrt{2} - 7) = 5\cdot 10 - (-7)(-7) = 1$$

Es el área del paralelogramo fundamental de este entramado siempre $1$? Incluso si $\alpha = \sqrt{3}$ o a otro número?

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tariqsheikh Puntos 58

Por ahora voy a responder a la pregunta con respecto a este particular ejemplo: se ha identificado correctamente fundamental de dominio, y su área es de hecho 1. Pero esto necesita ser formulado como una afirmación matemática en el uso de celosías en la Mentira de los grupos.

Permítanme hacer esta formulación y dar la prueba, en unos pocos pasos.

Paso 1: se puede considerar $\Gamma = \{(n,n \sqrt{2} \,\text{mod}\, 1) \bigm| n \in \mathbb{Z}\}$ como una celosía en la Mentira de grupo $\mathbb{R} \times S^1$, donde "$n \sqrt{2} \,\text{mod}\, 1$" significa"$\exp(2 \pi i \sqrt{2}) \in S^1$; y donde por un "entramado" me refiero a un discreto cocompact subgrupo. La Mentira de grupo $\mathbb{R} \times S^1$ es decir, desde una perspectiva topológica, una bi-cilindro infinito. El finito subcylinder $[0,1] \times S^1$ es fundamental el dominio de la celosía $\Gamma$. Si le damos a $\mathbb{R}$, de ordinario medida de Lebesgue y $S^1$ medida $\text{radians}/2\pi$, entonces el área de la fundamental de dominio $[0,1] \times S^1$ es igual a~$1$.

Paso 2: Considere el universal que cubre el mapa/homomorphism $\mathbb{R} \times \mathbb{R} \to \mathbb{R} \times S^1$ definido por $(x,y) \mapsto (x,\exp(2 \pi i y))$. Deje $\widetilde \Gamma \subset \mathbb{R} \times \mathbb{R}$ ser la inversa de la imagen de $\Gamma$ bajo este homomorphism. A continuación, $\widetilde\Gamma$ es el entramado en el mismo sentido, un discreto cocompact subgrupo de $\mathbb{R} \times \mathbb{R}$. Además, $\widetilde\Gamma$ tiene, como base, los vectores $(0,1)$, $(1,\sqrt{2})$. La imagen que has dibujado es la intersección $$\widetilde\Gamma \cap [-50,50] \times [0,1] $$ El entramado $\widetilde\Gamma$ tiene como fundamental el dominio de la zona~$1$, el paralelogramo se extendió con vértices $(0,0)$, $(0,1)$, $(1,\sqrt{2})$, $(1,1+\sqrt{2})$.

Así, lo que esto viene a demostrar que la celosía $\widetilde\Gamma$ tiene un paralelogramo en forma fundamental el dominio de área $1$ completamente contenida en $[-50,50] \times [0,1]$.

Paso 3: Hay un isomorfismo $\widetilde\Gamma \approx \mathbb{Z}^2$ cuya inversa está dada por la transformación lineal $$T(m,n) = m(1,\sqrt{2}) + n(0,1) $$ y esta transformación lineal ha determinante $1$.

También, cualquier par de vectores en $\mathbb{Z}^2$ que forman una $2 \times 2$ matriz de determinante $\pm 1$ constituye una base para $\mathbb{Z}^2$.

La combinación de estos, cualquier par de vectores en $\widetilde\Gamma$ que forman una $2 \times 2$ matriz de determinante $\pm 1$ constituye una base para $\widetilde\Gamma$.

Y eso es exactamente lo que sus cálculos muestran para los vectores $(5, 5\sqrt{2}-7), (-7, -7\sqrt{2} + 10)$.

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