a4103
| 3 |
|---|
مجموعة التحويلات:
نعتبر فضاءً ثنائي الأبعاد (س، ص). في مثل هذا الفضاء، تُعرَّف التحويلات بال벡تور (دس، دص). وعادةً ما نكتب:
(27) س' = س + دس
ص' = ص + دص
للحصول على القيم الجديدة س' وص'، نستخدم الجمع. هل يمكننا الحصول على نفس النتائج من خلال عملية .....ضرب؟
ننظر إلى المصفوفات التالية:
(28)
نلاحظ أنها معرفة بمعاملين مستقلين هما دس ودص. إذًا، بعد المجموعة هو 2.
الشكل:
(29)
نلاحظ أن هذا يختلف جوهريًا عن الضرب المصفوفي البسيط
(30) ج × ر
إنه نوع خاص من تأثير المجموعة.
(31)
بالإضافة إلى ذلك، يمكننا النظر في تحويلات في فضاءات ثلاثية أو رباعية الأبعاد. المصفوفات المربعة المقابلة، التي تشكل مجموعات، هي:
(32)
(33)
التأثير المقابل هو:
(34)
مجموعة التحويلات هي مجموعة إبدالية. عنصرها المحايد هو التحويل الصفري.
مجموعات المصفوفات: لماذا؟
...باستخدام مجموعات المصفوفات، يمكننا دمج عدة عمليات في عملية واحدة، في تأثير واحد. لننظر إلى المصفوفات التالية والتأثير التالي:
(35-1)
...نجمع بين عنصرين: دوران (بزاوية ألفا)، بالإضافة إلى تحويل (دس، دص).
العنصر ج من المجموعة ج يعمل على الفضاء ر = (س، ص)، ليس "بشكل مباشر"، بل من خلال تأثير أكثر دقة. هذه المجموعة
(35-2)
تُسمى "المجموعة الإقليدية الخاصة SE(2)"، وتعمل على الفضاء ثنائي الأبعاد. وسيتم شرح هذا الاسم لاحقًا.
ما هو بعد هذه المجموعة؟ يعتمد على ثلاثة معاملات حرة: (ألفا، دس، دص)، وبالتالي فإن بعد هذه المجموعة هو ثلاثة. يمكننا كتابتها كالتالي:
جSE (ألفا، دس، دص)
المجموعات الفرعية.
بالنسبة لنا، المجموعة هي مجموعة من المصفوفات المربعة. ضمن هذه المجموعة، يمكننا العثور على مجموعات فرعية.
جSE (0، دس، دص) هي المجموعة الفرعية للتحويلات. جSE (ألفا، 0، 0) هي المجموعة الفرعية للدوران حول الأصل 0. جSE (0، دس، 0) هي المجموعة الفرعية للتحويلات المتوازية مع المحور س.
المجموعة أعلاه تحمل نقاطًا. هذه النقاط لا تمتلك خصائص خاصة. إنها مجرد... نقاط، لا شيء غير ذلك.
...لكن لاحقًا، ستُحمل مجموعات أخرى، تصف العالم الفيزيائي، نقاطًا ذات خصائص مختلفة، "خصائص": كتلة، طاقة، زخم، دوران...
مع المجموعة أعلاه، تكون المجموعات فقط من النقاط هي المهمة للنقل. وهنا يظهر المفهوم الأساسي لـ:
النوع.
...المجموعة الأولى تحمل كائنات هندسية، وهي مجموعات من النقاط، أشكال هندسية ("صلبة"). أبسط مجموعة تتكون من نقطتين. لننظر إلى أزواج من النقاط في فضاء ثنائي الأبعاد:
(35-3)
...في الشكل (35-3) تم تمثيل زوجين من النقاط (أ، ب) و(أ'، ب'). يمكنني إيجاد عنصر من المجموعة يحوّل (أ، ب) إلى (أ'، ب'): من خلال دمج دوران حول النقطة 0 وتحويل. انظر الشكل (35-4).
(35-4)
الآن لننظر إلى الزوجين:
(35-5)
من المستحيل إيجاد عنصر ج (مصفوفة مربعة) من مجموعتي ج يمكنه نقل (أ، ب) إلى (أ"، ب"). سأقول إن:
(أ، ب) و(أ'، ب') ينتميان إلى نفس النوع.
(أ، ب) و(أ"، ب") ينتميان إلى أنواع مختلفة.
الخاصية المميزة لنوع أزواج النقاط تُسمى الطول.
هذه هي تعريف الطول من منظور نظرية المجموعات.
...كيف يمكنك التأكيد أن قطعتين لهما نفس الطول؟ لأنك تستطيع مقارنتهما، بوضع إحداهما فوق الأخرى.
...في مجموعتنا، القطع التي تختلف أطوالها تنتمي إلى أنواع مختلفة، لأن مجموعتنا لا تسمح بالتوسع أو الانكماش (التحويلات الشبيهة). المجموعة التي تتحمل هذا الأمر هي مجموعة أخرى ("المجموعة الخاصة الديكارتية"):
(35-6)
بمقابل هذه المجموعة، جميع أزواج النقاط تنتمي إلى نفس النوع. بعد هذه المجموعة هو أربعة.
بدل نقطتين، يمكننا النظر في ثلاث نقاط أو أربع نقاط، حيث تشكل الأخيرة على سبيل المثال مربعات.
(36)
...بمقابل المجموعة (35-1)، المربعات التي تكون أضلاعها متساوية الطول تنتمي إلى نفس النوع. ولكن إذا كانت أضلاع مربعين مختلفة جوهريًا:
(37)
فهما ينتميان إلى أنواع مختلفة.
هذه المجموعة، التي تُحكم التحويلات في بعدين والدوران حول نقطة ثابتة في مستوى، هي المجموعة الإقليدية الخاصة: SE(2).
الآن يمكننا بسهولة تخيل مجموعة مشابهة تعمل على فضاء ثلاثي الأبعاد. تم إعطاء مجموعات التحويلات الثلاثية والأرباعية الأبعاد في (32) و(33).
يمكننا بسهولة تخيّل مجموعة تصف التحويلات في فضاء ذي أبعاد ن. ولكن ماذا عن الدوران؟
...يمكننا تخيّل دوران في فضاء ثلاثي الأبعاد. ويمكننا حتى كتابته باستخدام مصفوفة تحتوي على ثلاثة زوايا، زوايا أويلر: إذًا بعد هذه المصفوفة هو ثلاثة.
فهرس نظرية المجموعات الديناميكية

النسخة الأصلية (الإنجليزية)
a4103
| 3 |
|---|
Group of translations :
Consider 2d space (x,y). In such space a translation is defined by translation vector ( Dx,Dy). We use to write :
(27) x' = x + Dx y' = y + Dy
To get the new values x' and y' we use addition . Could we get the same results through a ..... multiplication ?
Consider the following matrixes :
(28)
Notice they are defined by two independent parameters Dx and Dy. Then the dimension of the group is 2.
Form :
(29)
Notice this is basically different from the simple matricial multiplication
(30) g x r
It is a peculiar group's action.
(31)
By the way, notice we can consider translations in 3d or 4d spaces. The corresponding square matrixes, forming groups, are
(32)
(33)
The corresponding action is :
(34)
The group of translations is commutative. Its neutral element is the null-translation.
Groups of matrixes : why ?
...With matrixes' groups we can combine several operations into a single one, into a single action. Consider the following matrixes and the following action :
(35-1)
...We combine two things : a rotation ( angle a ), plus a translation (Dx,Dy).
The element g of the group G acts on space r = (x,y), not "directly" but through some more refined "action". This group
(35-2)
called "Special Euclid's group SE(2) ", acts on 2d space. This name will be explained further.
What is its dimension ? It depends on three free parameter : (a , Dx , Dy), so that its dimension is three. We may write :
gSE (a, Dx ,Dy)
Sub-groups.
For us, a group is a set of square matrixes. Among this set we can find sub-sets.
gSE (0, Dx, Dy) is the sub-group of translations. gSE (a, 0, 0) is the sub-group of rotations around the origin 0 . gSE (0, Dx, 0) is the sub-group of translation parallel to the axis OX.
The above group carries points. These point own no peculiar characteristics. They are... points, nothing else.
...But, later, other groups, which describe physical world, will carry points which will have different characteristics, "attributes" : mass, energy, impulsion, spin....
With the above group only sets of points are interesting to carry. Here appears the fundamental concept of :
Species.
...Our first group carries geometrical objects, which are sets of points, geometrical ("rigid") figures. The most simple set is composed by two points. Consider couples of points in a 2d space :
(35-3)
...On figure (35-3) two couples of points (A,B) and (A',B') have been figured. I can find an element of the group that transforms (A,B) into (A',B') : combining a rotation around the point O and a translation. See figure (35-4).
(35-4)
Now consider the two couples :
(35-5)
Impossible to find any element g ( square matrix ) of my group G which can carry (A,B) on (A",B"). I will say that:
(A,B) and (A',B') belong to a same species.
(A,B) and (A",B") belong to different species.
The characteristic of a species of couples of points is called length .
This is the definition of length in terms of group theory.
...How can you affirm that two segments have the same length ? Because you can compare them, putting one onto the other one.
...In our group two segments, whose lengths, are different belong to different species, because our group does not rule dilatations or contractions ( homothetic transforms ). The group which takes that in charge is a different one ("Special Descartes' group" ):
(35-6)
with respect to such group all couples of points form the same species. The dimension of this group is four.
Instead two points, we could consider three or four, these last forming squares, for an example.
(36)
...With respect to the group (35-1), squares whose sides have the same length belong to the same species. But if the sides of two squares are basically different :
(37)
they belong to different species.
This group, ruling 2d translation and rotations around a fixed point of a plane is the Special Euclid's group : SE(2).
Now we imagine easily a similar group acting on a 3d space. The group of 3d and 4d translations were given in (32) , (33).
We can imagine easily a group describing translations in a n-dimensional space. But what about rotations ?
...We can imagine rotation in a 3d space. We can even write it with a matrix which contains three angles, the Euler angles : then its dimension is three.
