实射影平面

✍ dations ◷ 2025-10-19 12:34:26 #实射影平面

在数学中,实射影平面(real projective plane)是R3中所有过原点直线组成的空间,通常记作 R P 2 {displaystyle mathbb {R} P^{2}} 作为生成元。

射影平面不能嵌入(这要求没有自交)三维空间,不过可以浸入(局部邻域没有自交点)。伯伊曲面(Boy's surface)是浸入的一个实例。

罗马曲面(Roman surface)是从射影平面到三维空间一个更加退化的映射,包含一个交叉帽(cross-cap)。同样对具有一个交叉套的球面也成立。

射影平面不能嵌入三维欧几里得空间,可作如下证明:假设可以嵌入,由广义若尔当曲线定理它将在三维欧几里得空间中围出一个紧区域。向外的单位法向量场将给出边界流形的一个定向,但边界流形就是射影平面,它是不可定向的。这是一个矛盾,从而我们所假设的嵌入必定是错误的。

实射影平面的一个多面体半形表示是四面半六面体。

从相反的方向来看,立方体半形、十二面体半形以及二十面体半形、抽象正则多面体(abstract regular polychora),都可以构造成射影平面中的正则图形。

平面中的直线集合可以用齐次坐标表示。直线++=0可以表示为。这些坐标有等价关系,对所有非零, = 。从而相同直线的不同表示++=0有同样的坐标。坐标集合给出了通常实平面,而坐标集合定义了一个无穷远直线。

射影平面可嵌入一个4维欧几里得空间。考虑 R P 2 {displaystyle mathbb {R} P^{2}} 是2维球面 S 2 = { ( x , y , z ) R 3 : x 2 + y 2 + z 2 = 1 } {displaystyle S^{2}={(x,y,z)in mathbb {R} ^{3}:x^{2}+y^{2}+z^{2}=1}} 由对径关系 ( x , y , z ) ( x , y , z ) {displaystyle (x,y,z)sim (-x,-y,-z),} 得到的商。考虑由 ( x , y , z ) ( x y , x z , y 2 z 2 , 2 y z ) {displaystyle (x,y,z)longmapsto (xy,xz,y^{2}-z^{2},2yz)} 给出的函数 R 3 R 4 {displaystyle mathbb {R} ^{3}to mathbb {R} ^{4}} 。将这个映射限制在区域 S 2 {displaystyle S^{2}} 上,因为它是一个二次多项式,故可分解,给出一个映射 R P 2 R 4 {displaystyle mathbb {R} P^{2}to mathbb {R} ^{4}} ,并且这个映射是嵌入。注意到这个嵌入有一个到 R 3 {displaystyle R^{3}} 的投影,即罗马曲面。

基本多边形一文提供了高阶亏格实射影平面的一个描述。

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