間違いしかありません.コメントにてご指摘いただければ幸いです(気が付いた点を特に断りなく頻繁に書き直していますのでご注意ください).

ポアンカレ計量による距離ではX軸に沿った移動では線分が最短にならない

計量による距離

g(x,y)(v,w)=v,wy2,x,y=i=1nxiyiγ(t)=(x(t),y(t))γ,t,γ(a),γ(b)γ(t)=(x(t),y(t))(x(t),y(t))L(γ)=abg(γ(t),γ(t))γ=abγ(t),γ(t)y2dt=abγ(t),γ(t)y2dt=ab||γ(t)||ydt||x||=x,x

(cos(θ),sin(θ))から (cos(θ),sin(θ))までの線分で移動(ただしθ(0,π2))

γ3(t)=((x1x0)t+x0,(y1y0)t+y0)=((cos(θ)cos(θ))t+cos(θ),(sin(θ)sin(θ))t+sin(θ))=((12t)cos(θ),sin(θ))γ3(t)=(2cos(θ),0)L3=L(γ3)=01||γ3(t)||y(t)dt=01(2cos(θ))2+02sin(θ)dt=012cos(θ)sin(θ)dt=012tan(θ)dt=2tan(θ)01dt=2tan(θ)[t]01=2tan(θ)[10]=2tan(θ)1=2tan(θ)

(cos(θ),sin(θ))から (cos(θ),sin(θ))まで,原点を中心とした半径1の円弧で移動(ただし θ(0,π2))

γ4(t)=(cos(θ+(π2θ)t),sin(θ+(π2θ)t))γ4(t)=((π2θ)sin(θ+(π2θ)t),(π2θ)cos(θ+(π2θ)t))L4=L(γ4)=01||γ4(t)||y(t)dt=01((π2θ)sin(θ+(π2θ)t))2+((π2θ)cos(θ+(π2θ)t))2sin(θ+(π2θ)t)dt=01(π2θ)2(sin2(θ+(π2θ)t)+cos2(θ+(π2θ)t))sin(θ+(π2θ)t)dt=01(π2θ)21sin(θ+(π2θ)t)dt=01π2θsin(θ+(π2θ)t)dt=01αsin(β+αt)dt=βα+βαsin(u)1αdu=[ln|tan(u2)|]βα+β1sin(x)dx=ln|tan(x2)|+C=[ln|tan(u2)|]θπ2θ+θ=[ln|tan(u2)|]θπθ=ln|tan(πθ2)|ln|tan(θ2)|=ln|tan(πθ2)tan(θ2)|=ln|cot(θ2)tan(θ2)|=ln|1tan2(θ2)|=ln|tan2(θ2)|=2ln|tan(θ2)|

L3L4

L3L4={2tan(θ)}{2ln(tan(θ2))}=2{1tan(θ)+ln(tan(θ2))}ddθ(L3L4)=2{1sin2(θ)+12cos(θ2)sin(θ2)}=2{1sin2(θ)+1sin(θ)}=2{1sin2(θ)+1sin(θ)sin(θ)sin(θ)}=2{1sin2(θ)+sin(θ)sin2(θ)}=2{sin(θ)1sin2(θ)}0θ(0,π2)(1,0)limθπ20L3L4=0limθπ201tan(θ)=0limθπ20ln(tan(θ2))=0L3L40θ(0,π2)()θ=π20

まとめ

ポアンカレ計量では水平の線分より,x軸から離れる側となる円弧に沿った経路の方が短いことになる.
これは境界xy=0に近いほど計量中にある1y2の効果で値が大きくなり,距離としては長くなることが影響した結果.

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