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抽象代数/剪切与斜率

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首先需要定义的是三角形、底、顶点面积。例如,对于给定底和面积的三角形,顶点的轨迹是平行于底的直线。想象一下顶点沿着这条直线移动,使三角形变形。想象一下,整个平面也通过一个将直线变换成直线的变换而变形。这种变换称为剪切映射

剪切映射可以用线性变换表示

这里它以动力学解释写出,以垂直 (x) 空间轴为时间 (t) 水平演化,例如在时间序列研究中使用。

t=1 时,剪切将 (1,0) 变换为 (1,v),即斜率为 v 的直线与 t=1 相交的点。因此,剪切变换中的参数 v 可以称为斜率

由常数 tx 给出的矩形通过剪切变换为平行四边形,但其中一个平行四边形的面积等于变换前矩形的面积。因此,剪切变换保留了面积。

,并注意 e2 = 0,为零矩阵,而剪切矩阵为 ve 加上单位矩阵。对偶数在抽象代数中被用来为矩阵子代数 提供一个简写符号。

定义:对偶数的集合。基 {1,e} 将它描述为 R 上的 2-代数。如果 z = a+be,令 z* = abe,为共轭。那么

,因为 e2 = 0。

注意,zz* = 1 意味着 z = ± 1 + be 对于 R 中的某个 b。此外,exp(be) = 1 + be,因为当应用于 e 轴时,指数级数在两项后被截断。因此,1 + ve 的对数为 v。因此,v 可以被认为是 1+ve 的角度,就像单位圆上的点的对数是该点的弧度角一样,如欧拉公式(exp 和 log 是互逆的)。

作用于平面的剪切映射形成了一个乘法群,它与实数的加法群同构。

三个角度

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在欧几里得平面几何中,存在直角、锐角、钝角的三分法。这里,线性运动的三分法区分了三种角度

Planar rotations with complex, hyperbolic and dual numbers.

每个角度都围绕着它独特的运动旋转:圆周角的旋转,压缩映射的双曲线角,以及斜率的剪切。此外,每个运动都会演化为它独特的复杂代数:剪切的对偶数,双曲角的分裂二元数,以及旋转和圆周角对应于除法二元数的平面,一些人称之为“复数”。事实上,从实 2-代数的角度来看,“复数”是模棱两可的:每个除法二元数、分裂二元数和对偶数都形成了一个“复数”平面。

圆上弧长的一个性质是它在旋转下保持不变。据说“弧长是旋转的不变量”。t=1 上被剪切变换的线段,在剪切前后长度保持一致。类似地,双曲线角在压缩下是不变的。这三种不变性可以一起看作是这三种运动的面积不变性的结果:双曲线角是对应于 xy=1 的双曲线扇区的面积,其最小半径为 √2 到 (1,1)。圆周角对应于半径为 √2 的圆中扇区的面积。最后,斜率等于底在 t= √2 上且斜边对应于斜率的三角形的面积。由于压缩、剪切和旋转都是面积保持的,因此它们在相应平面上的运动保持了那里的中心角。角度保持研究的传统术语是共形映射,通常假设圆周角。

这些三种角度为每个作为2 × 2 实矩阵子空间的三个 2-代数中的极坐标提供了参数。

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