Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Хатипов А.Э.-А. Курс проективной геометрии пространств с распадающимся абсолютом учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.62 Mб
Скачать

- 99 -

Установленное соответствие не взаимно однозначно, так как двум коллинеарным векторам оно относит одинаковые нор­ мальные точки и нормальные плоскосги.ІІо если будем говорить,

что векторы, 'коллинеарные данному, определяют

в многообразии

и

1,

и.1

(на

поверхности)

направление

(§ 16),

то можно

будет

 

утверждать,

что для

данной точки многообразия

і*/ ,« -1

(по­

 

верхности)

 

формулы (і,2 7 )

и (2,27) устанавливают взаимно

 

однозначное

соответствие между направлениями многообразия

I

и'9и.1

(поверхности)

и нормальными точками и нормальными

плоскостями.

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если нормальная

точка

<f l

соответствующая

направлению "У ,

 

 

 

лежит

в нормальной плоскости

, соответствующей

направ­

 

лению

иг1

,то

Tr' ъг

 

 

U-j f

'Ur*

 

о

 

 

 

 

 

 

г' u ~f -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

■/

 

 

у .

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или,

согласно

(2 ,2 2 ),С /к г-‘Ѵ

 

 

 

 

 

/3 = о .

 

точка

лежала

 

 

 

Таким

 

образом,

для

того,чтобы нормальная

 

в нормальной плоскости, необходимо и достаточно, чтобы соотзетствующие им направления аналитического многообразия

.(поверхности)

были сопряжены

(§ 22). В частности,

нормаль­

ная

точка и нормальная

плоскость, соответствующие,

одному

и тому.не направлению, будут инцидентны тогда и только

тогда, когда

это направление - асимптотическое (§

2 2 ).

 

Соответствия, устанавливаемые формулами (1,27) и

( 2 ,2 7 ) ,.дают

возможность истолковать параллельное

пере­

несение направлений определяемых геометриями І-го и 2-го

рода

( § 1 6 ) .

 

 

ѵ ;

 

'

в геомет­

рии

Пусть направление

 

переносится параллельно

І-го рода

5

так что

 

 

(3,27)

 

 

 

 

 

 

 

Ѵ іг := ъ ѵ 1.

Для нормальной точки, соответствующей этому направлению,

согласно (1,27)

и (6 ,2 3 ),

будем

иметь

сіѵ

=

<7 -fr-

+

ТгР

V , X

cL« =

=

 

': Н

 

 

 

 

 

 

 

 

- 100 -

или

<ІіІГК=

-7^Ѵ К-і- £ X

+

 

( ^ ^ 7 )

условие

Обратно,

если

cU'1

представляется

в виде

(4 ,2 7 ), то

(3,27) параллельного

перенесения

направления

тг1

будет

выпол­

нено.

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ыы

Три точки Tr, X и определяют нормальную плоскость, инцидентную точке '1~а‘ . Обозначим через VJr>направление, соот­ ветствующее этой плоскости. Из сказанного выше следует,что для того, чтобы' направление т-‘ переносилось параллельно в беско­ нечно близкую точку в геометрии І-го рода, необходимо и доста­ точно, чтобы соответствующая ему нормальная точка смещалась в инцидентной ей нормальной плоскости:

'V Ж « о •

Из инцидентности нормальной точки и нормальной плоскости следует, что соответствующие им направления тг‘ и ъг‘ сопряже­

ны.

Можно аналогично получить результат: для того,чтобы направление ^переносилось параллельно в бесконечно близкую

точку в геометрии 2-го роде, необходимо и достаточно, чтобы соответствующая ему нормальная плоскость вращалась около инци­ дентной ей нормальной точки (соответствующей направлению-^ ) :

7ГЛЖ+ -- о -

Оба результата можно объединить:

Для того,чтобы некоторое направление переносилось парал­ лельно в геометрии І-го или 2-го рода, необходимо и достаточно сохранение инцидентности нормальной точки и нормальной плоско­ сти.

Из сказанного следует, что если некоторое направление перекосится параллельно в геометрии 1-го рода, то сопряжен­ ное ему направление переносится параллельно в геометрии 2-го рода. Другими словами, геометрии І-^о и 2-го рода образуют сопряженную пару, базис которой совпадает с сетью асимптоти-

- IO I

-

ческих линий поверхности (§ 16).

.Мы видели,что геометрия

І-го рода является эквиаффинкой

(§ 2 4 ). Но извести? (§ 16),

что гетмеоия, сопряженная данной

эквиаффинной геометрии, является эквиеффикной геометрией, если тензор базиса удовлетворяет условию Пзтерсона-Кодацци ( § 1 6 ) . Так как в данном случае это условие удовлетворено, то при­

ходим к заключению, что геометрия 2-го

рода является эквиаффин­

ной. Отметим, что так как с?;,согласно

(5 ,2 4 ), определяет в

геометрии 2-го рода поле абсолютно параллельных векторов, то

сопряженное ему

направление X : определяет в геометрии вто­

рого рода поле

абсолютно параллельных отправлений .

§ 20. Последовательности направлений, поля и сети на поверхности; конгруэнции, связанные с по­ верхностью; развертывающиеся поверхности ко-

груэнций

Названные вопросы на нормализованных поверхностях рас­ смотрены Порденом в §§ 7-9 цитированной рабоіы.х) Все ре-

зулыаты установленные Нордеком в этих параграфах, приме­ нимы к рассматриваемой нами поверхности (она нормализован*, по Нордену). Поэтому мы, не повторяя эти результаты, ссы­

лаемся на §§ 7-9 цитированной работы Вордена.

§ 29. Поверхности с внутренней проективно евхлидовой геометрией

Скоуте5х^иазывает проективно евклидовой такую геомет­ рию, которая допускает непрерывное отображение своих геоде-*х)

х) Порден А .П . О внутренних геометриях поверхностей проективного пространства; Труды сем. по^вект. и тенз.

анализу, вып.УІ; 1948, §§ 7 -9 , ст р .І8 2 -І9 І»

хх)

,

2>t1

И

toe

L—f a h l . finden,

,1924, гл .ІУ , § 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

102

-

 

 

 

 

 

 

з и ч е с к и х

н а

п р я м ы е

е в к л и д о в а

п р о с т р а н с т в а

ч

и с л а

и з м е

р е н и й

) .

Л л я

с л у ч а я

д в у

х

 

и з

м е р е н и

р

а к т е р и з у ю щ

е е

т а

к у ю

г е о м е т р и ю

и м е

е

т

в

и д

 

 

 

 

 

у “ '

( %

 

О ,

 

 

 

 

 

где R y - тензор Риччи.

Согласно теореме ^ельтрами,римаковѳ геометрия двух изме­ рения будет проективно евклидовой геометрией тогда и только тогда, если кривизна основной квадратичной формы

постоянна к

В работе "Обобщенная геометрия двумерного линейчатого

'пространства"хх)корден называет всякое непрерывное многооб­ разие с заданным в нем эквиаффинным перенесением векторов

пространством

,если

 

в нем существует ковектор

L та­

кой, что

VJ-

 

 

= 0 .

 

 

 

 

у.

 

у.

 

 

 

 

 

 

Элемент

 

 

1

называется

прямой,

а непре­

(^ ^ п р о с т р а н с т в а

Sjt

рывная

последовательность

элементов

и * ъ & \ и )

- семейством

пряных. Точкой на

данной прямой называется

вектор

TrL

задан ­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ный на данном элементе, при условии, что векторы, отличающиеся только скалярным множителем, определяют одну и ту же точку.

Предложенный Норденбм способ геометрической интерпретации пространства аффинной связности (определенного типа) является совершенно новым. Существенное отличие этого способе от обыч­ ных способов состоит в том,что основной элемент многообра­ зия считается аналогом не точки, а пряной линии евклидовой . плоскости.

 

Из сказанного о геометрии первого рода, следует,что

поверхность .р ассматриваемая как

непрерывное многообразие

х)

Ü .С.

,г л . ІУ , формулы

(14) и

(19).

%

 

хх)

Норден А .П ., Обобщенная

геометрия двумерного линейчатого

 

пространства ; матенатич.сб.,

18(60): I t Москва

 

1946.

- юз -

элементов і и \ и . 2) .принадлежит к типу пространств ,

причем в данном случае

в качестве прямой, соответствующей

элементу

можно взять ее нормаль, второго рода, а в

качестве

точки - точку

 

лежащую на нормали 2-го рода и соответствующую вектору і г 1, заданному в іи.\и.) . Поэтому на геометрию первого рода ' распространяются все те результаты, которые устанавливаются Норденон для геометрии пространств .В частности, на по­ верхности можно установить.так называемую "нормальную" систе­ му координат.

относительно которой коэффициенты связности принимают вид:

J

tt -

- о ,

:-Р.

(1,29)

где Р -скалярная

функция

двух переменных д , р $

 

Однако, так как вместо формулы (34) Иордена в данном случав

имеем формулу (6 ,7 3 ), то вместо,

например,

его же формулы

(41)

будем иметь формулу

 

 

 

 

(2,29)

 

 

? - Л

 

 

 

что

В § 5 цитируемой работы Норден устанавливает,

 

Пространство

будет проективно

евклидовым

, если кривизна

зависит

только

от потенциала

.

основного

вектора

у

.

 

 

 

 

 

 

 

Применяя этот результат к данному случаю, можно сказать,что на поверхностях, внутренние кривизны которых суть функции только

,т .е

K = K L <S),

имеет место проективно-евклидова геометрия, т .е . геометрия, геодезические линии которой отображаются на прямые проектив­ ной плоскости.

х) Норден А .П ., Там же ,§ 3

- 104 -

Выясним тип этих поверхностей.

С этой целью напишем основные уравнения (2,23) и условия Гаусса (11,26) и Петерсона - Кодѳцци(2,25) в нормальной си­ стеме координат. Согласно (1,29) и (2 ,2 9 ), получим

 

X*

« - / С (

<i)

f

 

 

 

- І » Х *

 

 

 

 

_

 

 

&z*- %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3,29)

 

*<jp

 

 

 

Р

Т*-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- О/д-Л- ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

= 7+ ( вц k i

 

 

 

?

 

 

(4,29)

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

К. р

k t

 

=

— ' . .

 

 

(5,29)

 

 

 

 

 

 

 

 

'

 

 

 

 

 

 

 

^

 

 

 

 

 

,

 

 

 

'Ър

 

 

 

 

(6,29)

 

 

 

 

 

~Ър

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тсу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

так как в нормальной системе координат, согласно

(2 ,2 4 ),

можно

считать

 

 

 

е = 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, задача сводится-к интегрированию.

Из (6,29)

имеем

 

 

***■% ’

 

 

 

 

 

(7-29)

где /

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

некоторая

функция

от

д

 

и

р

.

 

.Тем

самым ста­

Будем искать

}

как функцию только

от

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вится задача отыскал представителя поверхностей, обладающих указанным свойством.

Согласно (7 ,2 9 ),

имеем

____

9 —

(8 »29)

следовательно, линии

 

суть асимптотические ли­

нии искомой поверхности. Уравнение последней получим, инте­ грируя третье уравнение группы (3,29):

A K(g).f>+ Ък(9).

Таким образон, искомая поверхность - линейчатая,

- 105 -

причем асимптотические

линии

суть ее

прямолиней­

ные образующие.

искать

 

f

как

функцию только

от

р

.

 

Будем теперь

 

 

 

Согласно

(7 ,2 9 ),

(4,29)

и (5 ,2 9 ), имеемм

 

(9,29)

'

 

 

 

С

=

-

 

Dp .

 

 

 

 

 

/Г-і=

 

 

 

(10,29)

 

 

 

 

ІС

2

 

 

 

.

 

 

(11,29)

 

Из

(9,29) следует,

что

 

 

 

координатные, линии искомой

поверхности образуют сеть сопряженных линий. Из

(10,29)

диф­

ференцированием

по

р

,

согласно

(11,29), (7,29)

и (10,29),

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

два случая:

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим

 

 

 

(12,29)

 

1)

f i

,5+ / " = о

;

f " = 0 ,

 

 

 

2)

К ( Ч , >

РІ +7

 

имеем

 

« 3 ,2 9 )

В первом

случае из (12,29)

 

 

 

 

 

 

Jf

=

Cp-n.it

 

 

 

 

 

 

 

 

Поэтому,согласно

(7 ,2 9 ),

 

 

 

 

 

і- о •

следовательно,

линии

 

-асимптотические. Кроме

■ того, согласно

(9 ,2 9 ),

 

,

 

^

ёг%~ £,і

- О .

 

 

 

Таким образом, в первом случае имеет развертывающуюся поверхность. Из третьего равенства группы (3,29) получим урав­

нения этой

поверхности:

 

+

 

(

 

 

 

из которых

SL С 1

<£) .

р

$

Ю ,

линии

9 = й - к - пря­

следует, что асимптотические

молинейные

образующие развертывающейся

поверхности.

Рассматривая второй

случай,

 

из (1 3 ,2 9 ),

в силу ввэави^'

симости S’

и р , имеем

 

 

ч

 

 

 

 

 

 

CO Wbt.

 

 

 

 

 

- 106 -

Имея это в виду, из (13,29) получим для определения f c p ) следующее дифференциальное уравнение:

(К-1)?'ч-ГС.г р Л=0 .

Решая это уравнение при помощи подстановки

получим

h p )

 

« ь ,

 

 

 

согласно

(7 ,2 9 ),

 

« • Г '

 

Поэтому,

 

( И , 29)

 

t

 

ш

К -

р

 

 

откуда,

11 ■

 

 

 

согласно (1 0 ,2 9 ),

 

 

 

 

следовательно, согласно (14,29)

 

(15,29)

 

6„ = р К*-К

 

Из ( И , 29) или (15,29) следует,что искомая поверхность

имеет вещественные

Gcj

,если

К~о

и /С>/ .Найдем ее уравне­

ния.

 

 

(3,29)

.согласно (9 ,2 9 ),

(14,29) и

Основные уравнения

(15,29),

принимают вид:

 

-

 

 

 

*

. * ѵ

- х к + г < к ч с

 

 

X ч р .-я о у,

(16,29)

 

 

 

 

' .nck

 

 

 

______

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

Из второго уравнения следует, что

(17,29)

откуда

л к = у

,( 9 )

+ ^ C p j

 

 

 

 

 

 

 

 

(18,29)

107 -

 

Умнокая

третье

равенство

группы

(16,29)

н а/Г .^ и

вы­

читая

результат из

первого, получим

 

 

 

 

 

или,

 

 

 

*

 

•= - jC-p * - р - X + К - р &* р р

 

 

 

согласно

(17,29)

и

(18,29),

 

 

 

 

 

 

 

i t f > <-V

С9) -

л- Т \ < - Г )

і/ѵ

+ п -.‘ Р

\

»

 

откуда, в силу

независимости

!)

и f

, имеем

два

уравнения

для

определения функций

ѵ * с и з^с/у

:

 

 

 

(19,29)

 

 

 

 

 

 

П Ч )

= с .

 

 

 

 

 

 

где

С

-

 

К - р \ 'і Г > -

К т - ^ Р ) - \ < О г С ,

 

 

(20,29)

постоянное. Уравнение

(19,29)

с постоянными

коэффи-'

циентами

имеет

решение

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

и

 

 

Ч) = у, Cofc <? -*• JT»

 

+ C,

 

 

 

 

у,

jf

-

произвольные постоянные.

 

 

 

Эйлера

 

Уравнение

(20,29)

принадлекит

к типу уравнений

и при помощи подстановки

 

 

 

 

 

 

 

 

приводится

 

 

 

Р = е

 

 

коэффициентами:

 

кКуравнению& - 1 Кс &постояннымит р - с -

 

 

Общее

решение этого

уравненияс имеет

вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

% i

 

Ч *

 

 

 

С_____

 

 

 

 

 

 

7| = л , €

ч-

 

 

Ѵ ч - 'У

» c v ^ ;

 

в уравнения (20,29) - вид:

 

 

где ^

и

\

 

-

корни характеристического уравнения

 

а л ,

и Ä j -

 

АГгь— д Л Г г —

 

 

 

 

 

 

произвольные постоянные.

 

 

 

 

 

 

Таким образом, уравнения искомой поверхности, согласно

(17,29)

,

имеют вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

-

108 -

 

 

 

 

 

 

 

(21,19)

 

*

«с

 

 

к

 

Ч,

*

**

_ *

 

к

у, с«* 91

а ,

S i . t g t 'X , jP +*% p

■*■c/

 

Здесь

точки

 

? 54

»У*. Уе и

с,*

 

можно

выбрать опре­

деленным образом.

точек поверхности имеем

 

 

 

 

Для

координат

 

 

 

где

Л ,--

 

 

сц^ х ^ х ^ - і .

 

 

 

 

 

 

 

коэффициенты уравнения абсолюта. Поэтому, согласно

(21,29)

,

должно быть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qjrt <

jr,“ c o sy

 

 

л ^

Q +тГ, р г

+

л.

р*'*. с/*J(

 

ИЛИI

 

 

*

 

 

я

 

= *

 

 

+

t f s L n q

 

 

Р%‘ +

'> * V <4 +

С*)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а-р

У Л / b-ngüiicft-

у* y f ^'л*У+-

+ -2 Ärf'ß

C ,^C o6 9 + £ G ^ ß c f Ь f t g +■ 2

б Ц д у Д х Д СсП й5 /> +

+ 2 а -/> *Г Аі

 

+ 5 а«/) уД а //>Ч<''< 9 -f-

(22.29)

л

 

 

_

д ■ >

 

 

«*•

у® «t't/

+ 2

a j p

 

 

р

г ьс>ід +

 

р

■+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ .?

 

x j % *

р ^ ' p^x-t °-*р л і л »

р * л+ %а «р :л/ ° '

+

+ 2 а о./»

 

С,'4/’ 1*- ^

Дв/3

с / с / = 1 •

 

 

 

Потребуем,

чтобы

 

 

 

 

« S cosq +O y £ y£ i:n 4 -i:G*tt

а

« 7 »

У * у /

с о Ь 1 * !

+

 

у “

У ^ б - ' л

■ лш

 

 

У'/

CcS

Уч- % CL*!

уя ^tft§coS<¥-+ß^3

 

.

Отсюда

 

 

 

 

3

 

 

имеем .

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0 .

 

ы

 

 

 

.•< £

 

а */з У*. УI

*

 

а *у» У •‘Ѵ /

 

 

°»

Яз

 

 

у /*-

 

 

 

и у а

 

последнего

равенства

следует,

что точки

у,

сопряжены

относительно абсолвта.

 

 

 

 

 

Из (22,29), кроме того, имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

й^/j * Г е ,л*-о

,

 

t ? c? z ° ’

 

 

 

 

 

 

а м/1-> 7 с/ -о

,

a jf lx ^ c , = 0 ,

(23,29)

a^ p c!‘ ci = . o >

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ