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¿cuál es la naturaleza de una pelota que pasa por una "esquina" del plano proyectivo real?

Estoy haciendo un pequeño programa de ordenador para ayudarme a entender diferentes espacios topológicos 2d, (como el toro y la banda de mobius).

Estoy teniendo problemas con el dibujo de las bolas que pasan por encima de una esquina del plano proyectivo real . Por "esquina" me refiero a un rectángulo que se mapea en el plano proyectivo como se muestra en el enlace de wolfram.

Las imágenes de abajo fueron dibujadas con mi programa. Muestra el límite de una bola dibujada alrededor del punto p. La imagen superior tiene sentido para mí (los puntos rojo, azul, naranja y púrpura muestran puntos que se identifican entre sí). La imagen inferior muestra la interpretación de mi programa de cuando la bola pasa por encima de la esquina, y se puede ver que los círculos en la parte inferior derecha se superponen.

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¿La bola alrededor de p, en el caso inferior, contiene todos los puntos de cualquiera de los círculos de la parte inferior derecha (es decir, su unión)? ¿Mi programa no está dibujando las bolas correctamente?

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chaiwalla Puntos 1132

Cuando las aristas de un rectángulo se identifican para formar un toroide o una botella de Klein (cada uno de los cuales admite una métrica plana), la geometría de las esquinas es isométrica: Los cuatro ángulos rectos suman $2\pi$ .

Contrasta con la situación del plano proyectivo: En las esquinas del rectángulo euclidiano, el modelo no representa conformemente una vecindad. En su lugar, hay puntos cónicos, uno por cada par de vértices diagonalmente opuestos. Cada punto de cono tiene un ángulo incidente $\pi$ de los dos ángulos rectos.

En tu imagen superior, el disco no encierra el punto del cono en la esquina noroeste/sudeste, pero puedes ver el límite del disco "fruncido" cerca de la esquina sureste.

En la imagen inferior, el disco contiene un punto de cono, y el círculo delimitador serpentea dos veces a su alrededor. (El campo tangente unitario del círculo tiene un giro total de $2\pi$ pero sólo hay un ángulo intrínseco de $\pi$ incidente en el punto del cono).

Si es factible representar el plano proyectivo utilizando identificaciones de límites antipodales en un disco (que elimina los puntos del cono), obtendrá un comportamiento de los límites que se ajusta mejor a la intuición.


Editar : Hay una agradable cross-cap modelo del plano proyectivo que se puede hacer en aproximadamente un minuto a partir de una hoja de papel rectangular (y cerrada con cinta adhesiva como se desee) para ilustrar físicamente lo que ocurre con el disco en la pregunta original.

Paper model template for a projective plane

Dobla el papel por la mitad a lo largo de la línea media vertical. Despliegue y repita la operación a lo largo de la línea media horizontal. La hoja debe tener ahora dos pliegues de valle perpendiculares que la atraviesan diametralmente.

Corta el papel desde el punto medio de la cara superior hasta el centro (el segmento en negrita). Dobla el cuarto I hacia abajo sobre el II, luego dobla el II hacia la derecha sobre el III, y luego dobla el III hacia arriba sobre el IV. Los cuatro cuartos quedan sobre IV en una disposición de cuatro pliegues. Identifique (por ejemplo, cerrando con cinta adhesiva) los bordes derecho y superior de las dos capas superiores (I y III), y los bordes derecho y superior de las dos capas inferiores (II y IV). La hendidura, que corre a lo largo del borde izquierdo, debe volver a unirse mentalmente; ésta (junto con el segmento real que une II y III) es la línea de auto-intersección de la tapa transversal.

Cuando I y II se doblan hacia la derecha sobre III, el borde superior de I y el borde inferior de III se juntan con orientación opuesta, y el borde izquierdo de I y el derecho de III se juntan con orientación opuesta. Del mismo modo, cuando I, II y III se doblan hacia arriba sobre IV, los bordes libres de II y IV se juntan con las orientaciones correctas para hacer un plano proyectivo.

El modelo terminado (pegado) puede abrirse en un cono de doble hoja (como un sombrero de papel) cuyo vértice es el centro de la hoja original. Los "puntos del cono" son los esquinas de la hoja original . En cada uno, sólo se tocan dos ángulos rectos de papel, por lo que cada punto tiene un defecto angular $\pi$ . En cualquier otro punto ( incluyendo el centro de la hoja ), un pequeño barrio tiene ángulo de incidencia $2\pi$ .

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Supongo que tendré que utilizar un límite circular en lugar de un rectángulo. Los conceptos de "punto de cono" y "ángulo intrínseco" son totalmente nuevos para mí, y cuando los busqué en Google, realmente no pude encontrar nada. ¿Cómo puedo encontrar más información sobre estos conceptos?

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Ambos conceptos son ingenuos. :) Introduce las coordenadas cartesianas en una hoja de papel rectangular de manera que el origen se encuentre en el punto medio de la borde inferior . Forma un cono con el origen como vértice identificando $(x, 0) \sim (-x, 0)$ . (Esto puede lograrse físicamente, en el espacio.) Generalmente, si $(M, g)$ es una superficie con una métrica y $p \in M$ Hay una noción de "ángulo (intrínseco)". $\theta$ incidente en $p$ ". Si $g$ es suave en $p$ entonces $\theta = 2\pi$ . Para el cono que acabamos de describir, $\theta = \pi$ . (El defecto angular $2\pi - \theta$ es la "curvatura gaussiana total en $p$ ".) [...]

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Hay un teorema poliédrico de Gauss-Bonnet que, entre otras cosas, implica que todo modelo poliédrico del plano proyectivo tiene puntos cónicos (vértices no planos). En su modelo, hay dos vértices, cada uno con curvatura $2\pi - \theta = \pi$ la curvatura total es $2\pi = 2\pi\, \chi$ Así que $\chi = 1$ , que significa un plano proyectivo. (Si me perdonan la autopromoción, hay un relato expositivo que puede ser de interés).

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