Parabolische Isometrie

In der Mathematik sind parabolische Isometrien in der hyperbolischen Geometrie und allgemeiner in der Theorie der CAT(0)-Räume von Bedeutung.

Definition

Es sei ein vollständiger CAT(0)-Raum, zum Beispiel ein hyperbolischer Raum. Für eine Isometrie $f\colon X\to X$ sei $d_{f}\colon X\to \mathbb {R} _{\geq 0}$ definiert durch

$d_{f}(x)=d(f(x),x)$ .

Die Isometrie ist parabolisch, wenn es kein $x_{0}\in X$ mit

$d_{f}(x_{0})=\inf \left\{d_{f}(x)\colon x\in X\right\}$

gibt, wenn also das Infimum nicht angenommen wird.

Fixpunkt im Unendlichen

Eine parabolische Isometrie hat einen Fixpunkt im Unendlichen. Sie lässt alle Horosphären um diesen Punkt invariant.

Beispiel

Sei $X={\mathbf {H} }^{2}=\left\{z\in \mathbb {C} \colon \operatorname {Im} (z)>0\right\}$ das Halbebenenmodell der hyperbolischen Ebene und $f\colon X\to X$ eine durch

$f(z)=z+a$

mit $a\in \mathbb{R}$ gegebene Abbildung. Aus der Definition der hyperbolischen Metrik folgt, dass eine Isometrie ist und $d_{f}(z)={\frac {a}{\operatorname {Im} (z)}}$ gilt. Insbesondere ist

$\inf \left\{d_{f}(z)\colon z\in \mathbf {H} ^{2}\right\}=0$ .

Weil in der hyperbolischen Ebene keinen Fixpunkt hat, gibt es aber kein $z\in \mathbf {H} ^{2}$ mit $d_{f}(z)=0$ , das Infimum wird also nicht angenommen. Die Isometrie ist parabolisch.

Allgemeiner können Isometrien der hyperbolischen Ebene durch Matrizen $A\in SL(2,\mathbb{R} )$ und Isometrien des 3-dimensionalen hyperbolischen Raumes durch Matrizen $A\in SL(2,\mathbb {C} )$ beschrieben werden. In beiden Fällen ist die durch eine Matrix beschriebene Isometrie genau dann parabolisch, wenn für die Spur der Matrix

$\operatorname {Sp} (A)\in \left\{-2,2\right\}$

gilt. Das obige Beispiel entspricht der Matrix $\left({\begin{matrix}1&a\\0&1\end{matrix}}\right)$ .

Siehe auch

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de