Приложение к главе 4

Сформированные выше базовые арифметические и геометрические представления для дискретно-непрерывного пространства позволяют перейти к определению некоторых соотношений и действий с объектами новой геометрии. Наиболее простой метод тут заключается в последовательном обобщении известных результатов, имеющих место в классической геометрии.

Скалярное произведение двух классических векторов AB и AC векторного пространства V традиционно определяется как:

AB Ч AC є Ѕ ABЅ Ч Ѕ ACЅ Ч cos(Р BAC).

Для треугольника ABC, определяемого векторами AB и AC, известно соотношение1:

cos(Р BAC) = (Ѕ ABЅ2 + Ѕ ACЅ2 - Ѕ BCЅ2) : (2Ч Ѕ ABЅ Ч Ѕ ACЅ ) .

Комбинируя эти два выражения, получим:

ABЧ AC + ABЧ AC = Ѕ ABЅ2 + Ѕ ACЅ2 - Ѕ BCЅ2.

Геометрический смысл последнего выражения заключается в том, что оно устанавливает определенное соотношение между классическими площадями sA є Ѕ ABЅ2, sB є Ѕ BCЅ2, sC є Ѕ ACЅ2 и s є AB Ч AC є ЅABЅ Ч ЅACЅ Ч cos(Р BAC). Тогда его можно представить в виде:

s + s = sA + sC - sB.

(*)

Перейдем от множества классических площадей {s}, включающего сколь угодно малые величины площади вплоть до нулевой, к множеству {S}, обладающему актуально нулевым элементом - Spl. Определим связь между si и Si аналогично тому, как это было сделано для множества длин в разделе 2.1: si є Si - Spl. Тогда, обобщая закон сложения площадей s3 = s1 ± s2, получим: S3 = S1 S2 = S1 ± S2 Spl. На основе этих определений нетрудно убедиться, что из (*) следует:

SS = SASCSB,

(**)

где величина S отвечает обобщенному скалярному произведению векторов. Для параметризации {s} используется множество вещественных чисел {p}, например, pkє sk:Splє (ri:lpl)Ч (rj:lpl)є xiЧ xj. Для множества {S} необходимо использовать множество чисел {}:

 є SkSmin є (lilmin)(ljlmin) = {(li - lpl) : lpl + lpl : (li - lpl)} {(lj - lpl) : lpl +

+ lpl : (lj - lpl)} є = xiЧ xj + 1 : (xiЧ xj) є pk + 1 : pk .

Видно, что числа , определенные на основе множества {S}, выражаются через вещественные числа pk в точности так же, как и числа , определенные на основе {l}, т.е. множества {} и {} следует отождествить. Обозначим rA є Ѕ ABЅ , rB є Ѕ BCЅ , rC є Ѕ ACЅ , lk є rk + lpl. Тогда выражение (**) можно переписать в числовой форме:

SS = []Smin .

Введем определение: векторы называются ортогональными, если их обобщенное скалярное произведение S равно актуальному нулю множества {S} : Spl є Smin. Согласно полученным выражениям, условие S = Spl эквивалентно равенству [] =, которое выражает обобщенную теорему Пифагора:

{lA2 + lC2 - lB2 - 2 Ч lplЧ (lA + lC - lB) + (lpl)2} : (lpl)2 = 0 (или = Ґ2),

где lB - длина гипотенузы, lA и lC - длины катетов. Длины сторон треугольника удовлетворяют этому равенству, если Р BAC - прямой угол. Нетрудно заметить, что полученное соотношение оказывается справедливым и для равностороннего треугольника со сторонами, равными lpl. Это означает, что все элементарные векторы (имеющие длину l = lpl) взаимно ортогональны.

Если подставить в последнем равенстве lA = lpl, то получим: lB = lC. Т.е. в прямоугольном треугольнике, один из катетов которого равен lpl, второй катет оказывается равен гипотенузе. Из этого следует, что оба угла при стороне, имеющей длину lpl, следует считать прямыми, а треугольник - равнобедренным. Тем самым, можно сделать вывод, что элементарный вектор (т.е. вектор с длиной lpl) ортогонален любому произвольному вектору из V. Этим элементарный вектор воспроизводит известное свойство нулевого вектора в геометрии непрерывного пространства3. В то же время все элементарные векторы колинеарны между собой, так как удовлетворяют определению колинеарных векторов: их скалярное произведение S равно произведению их длин lA lC (поскольку и то и другое равно Spl є (lpl)2). В этом проявляется своеобразие геометрии на планковских масштабах: традиционные противоположные понятия при l ® lpl постепенно сближаются и полностью утрачивают различия в пределе l = lpl.

Примечания

1 Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов (13-е изд-е, испр.). - М.: Наука, 1986. - С. 190.

2 Случай {…} : (lpl)2 = Ґ можно здесь не рассматривать, так как он соответствует условию бесконечной малости планковской длины (в смысле потенциальной бесконечности: Ґ ), что противоречит условию актуальности существования фундаментальной длины.

3 Там же.