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¿Por qué es $\;x^2+ y^2 = 1,\;$ donde $x$ y $ y$ son los números complejos, una esfera?

He escuchado que $x^2 + y^2 = 1,\;$ donde $x, y$ son números complejos, se supone que es una esfera a la que se le han quitado dos puntos, o también un cilindro.
El problema es que llevo un tiempo tratando de entender esto y no lo veo. Si es una esfera, ¿es como una esfera en $\mathbb{R}^4,\;$ es decir, un $3-$ ¿esfera?

Creo que veo cómo funciona la proyección estereográfica para los números complejos extendidos, pero si alguien pudiera ayudarme véase esta curva compleja como una esfera, sería genial.

7voto

Matthew Scouten Puntos 2518

Si $x =a (1+i) + b(1-i)$ y $y = c (1+i) + d(1-i)$ con $a,b,c,d$ real, las partes real e imaginaria de la ecuación $x^2 + y^2 = 1$ diga $ab + cd = 1$ y $a^2 + c^2 = b^2 + d^2$ . Ahora no podemos tener $a^2 + c^2 = 0$ ya que entonces el lado izquierdo de la primera ecuación es $0$ . Así que con $r = \sqrt{a^2 + c^2}$ tenemos $a = r \cos(\theta)$ , $b = r \sin(\theta)$ , $c = r \cos(\phi)$ , $d = r \sin(\phi)$ para algunos ángulos $\theta$ , $\phi$ y la primera ecuación dice $r^2 \cos(\theta - \phi) = 1$ . Por lo tanto, debemos tener $\cos(\theta - \phi) > 0$ . Podemos tomar como parámetros $u = \theta - \phi \in (-\pi/2, \pi/2)$ y $v = \phi \in [0, 2 \pi)$ con $v = 0$ y $v = 2 \pi$ identificado, y por lo tanto $$ \eqalign{a &=\frac{\cos(u+v)}{\sqrt{\cos(u)}}\cr b &= \frac{\cos(v)}{\sqrt{\cos(u)}}\cr c &= \frac{\sin(u+v)}{\sqrt{\cos(u)}}\cr d &= \frac{\sin(v)}{\sqrt{\cos(u)}}\cr}$$

Esto nos da un homeomorfismo del cilindro $(-\pi/2, \pi/2) \times ({\mathbb R} \mod 2\pi)$ al conjunto de soluciones de $x^2 + y^2 = 1$ en ${\mathbb C}^2$ .

El cilindro también es homeomorfo al $2$ -esfera $S^2$ con dos puntos eliminados.

5voto

Suma Puntos 11966

Es un ejercicio estándar que la solución de la ecuación $z_{1}^{2} + \ldots + z_{n}^{2} = 1$ es difeomorfo a la $TS^{n-1}$ el haz tangente de la $n$ -Esfera.

En su caso $n = 2$ y estamos viendo $TS^{1}$ el haz tangente del círculo. El círculo es paralelizable, siendo un grupo de Lie, por lo tanto este haz es trivial y tenemos $TS^{1} \simeq T \times \mathbb{R}$ un cilindro como usted sugirió.

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