Diese Seite ist Teil des GeoGebrabooksMoebiusebene (29.09.2020)
Im komplexen, 3-dimensionalen Vektorraummit nicht-ausgearteter quadratischer Form
wird eine orientierte Basismitausgewählt,
für welche die beiden Produkttabellen gelten sollen:
Die Bezeichnung ist gewählt, weil sich dieser Vektorraum als Geradenraum des Kugelmodells der Möbiusebene deuten läßt.
Siehe zu diesem Übertragungsprinzips das book-Kapitel Möbius - Geradenraum
Das Lie-Produkt [ , ] wird definiert wie im euklidischen Vektorraum das Kreuzprodukt :
durch die eindeutig bestimmte Linearform für alle
ist damit nichts anderes als eine Komplexifizierung des euklidischen Vektorraumes.
Das Applet oben ist eine reelle Vereinfachung der komplexen Verhältnisse:
so kann zB. nicht dargestellt werden, dass jede GERADE in der zu gehörenden komplexen Ebene die Quadrik
(hier als Ellipse dargestellt) in einem oder in zwei PUNKTEN schneidet - komplex ist jede quadratische Gleichung lösbar!
Die PUNKTE auf der Möbiusquadrik mit Ausnahme von erreicht man durch die komplexe Parametrisierung:
Es besteht somit eine 1 zu 1 Beziehung zwischen den Möbius-Punkten in und den PUNKTEN auf .
Die Gruppe der gleichsinnigen Möbiustransformationen erweist sich als isomoph zu .
Mehr noch: ist die LIE-Algebra dieser Gruppe!
Die in den Tabellen verwendeten Vektoren nennen wir ein euklidisches Koordinatensystem von .
Diese Darstellung der ebenen Möbiusgeometrie hat Nachteile, aber sehr viele Vorteile:
Die Kreise als einzelne Objekte sind nicht leicht zugänglich!
Dagegen steht die Vielfalt der Deutungsmöglichkeiten der PUNKTE und der Vektoren von .
Die - projektiv anzusehenden - PUNKTE auf - d.h. es ist - sind die Punkte der Möbusgeometrie.
Die Vektoren mit können als Tangentialvektoren gedeutet werden: ist eine differenzierbare Kurve, so ist tangential an die Kurve.
kann reell oder komplex sein. Im 2. Falle werden komplex-analytische Funktionen erfasst!
Die Vektoren können als infinitesimaleMöbius-Bewegungen gedeutet werden:
die lineare Abbildungen , erklärt durch für alle ,
wirken auf die Möbiuspunkte auf .
Die Bahnkurven der Bewegungen sind je nach Typ des Vektors für reelle Parameter t
hyperbolische (), oder elliptische () oder parabolische () Kreisbüschel;
für erhält man loxodromische Bahnkurven,
das sind die Kurven, welche ein hyperbolisches ( - oder ein elliptisches - ) Kreisbüschel unter konstantem Winkel schneiden.
Die Bewegungen sind Ein-Parameter-Untergruppen der Möbiusgruppe.
Solche Bewegungen einer Gruppe werden als W-Bewegungen bezeichnet.
Auch hier erhält man eine reelle - - oder eine komplexe - - Gruppe.
Ein lineares Vektorfeld
Die Tangentialvektoren der Bahnkurven einer W-Bewegung auf der Quadrik erzeugen
ein lineares Vektorfeld: , mit . Siehe dazu das book-Kapitel Kreisbüschel oder lineare Vektorfelder
Die Vektoren mit können als Geradenvektoren im Kugel-Modell der Möbiusebene gedeutet werden:
Die GERADE mit schneidet die Kugel in 2 Punkten.
Die GERADE ist die nicht-schneidende Polare dazu!
Von Interesse sind auch die quadratischen Vektorfelder: mit .
Die Berechnung ergibt eine elliptische Differentialgleichung ,
deren Lösungskurven bei speziellen Lagen der Brennpunkte
konfokale bizirkulare Quartiken sind; dies ist zB. der Fall, wenn die Brennpunkte auf einem Kreis liegen!
Läßt man oben oder unten im Applet die "Brennpunkte" gegeneinander laufen,
so nähern sich die Kreisbüschel und die Bahnkurven den Kreisen von parabolischenKreisbüscheln!
Frage: Welches sind die Bahnkurven von W-Bewegungen in der Gruppe der LORENTZ-Transformationen?
Da isomorph zur Gruppe der orthochtronen orientierungserhaltenden LORENTZ-Transformationen ist,
ist isomorph zur LIE-Algebra dieser Gruppe!
Dieses Vektorfeld ist mit den oben angegebenen Formeln des Übertragungsprinzips konstruiert:
Zu werden berechnet.
Die Verbindungsgerade im Kugelmodell ist .
Der Richtungsvektor im Punkt wird mit Hilfe des linearen Vektorfeldes berechnet.
Dank gegebra sind alle komplexen Rechnungen problemlos!