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幾何 きか 学 がく において、デーン平面 へいめん (英 えい : Dehn plane )とは、デーン が導入 どうにゅう した2つの非 ひ ユークリッド幾何 きか の例 れい をいう。マックス・デーン は2つの平面 へいめん の例 れい 、半 はん ユークリッド幾何 きか と非 ひ ルジャンドル幾何 きか とを導入 どうにゅう した。これらは、所与 しょよ の点 てん と直線 ちょくせん に対 たい し、その点 てん を通 とお る無限 むげん 本 ほん の平行 へいこう 線 せん を持 も つようなものでありながら、三角形 さんかっけい の内角 ないかく の和 わ が少 すく なくとも
π ぱい
{\displaystyle \pi }
となるようなものである。同様 どうよう な現象 げんしょう は双 そう 曲 きょく 幾何 きか でも見 み られるが、そこでは三角形 さんかっけい の内角 ないかく の和 わ は
π ぱい
{\displaystyle \pi }
未 み 満 まん である。デーンの例 れい は非 ひ アルキメデス的 てき 順序 じゅんじょ 体 たい を利用 りよう して構成 こうせい されるが、それゆえアルキメデスの公理 こうり が破 わ れる。これらはMax Dehn (1900 ) で導入 どうにゅう され、Hilbert (1902 , p.127–130, or p. 42-43 in some later editions)で論 ろん じられている。
デーンの非 ひ アルキメデス的 てき 順序 じゅんじょ 体 たい Ω おめが (t )[ 編集 へんしゅう ]
デーンは自 みずか らの幾何 きか を構成 こうせい する為 ため に非 ひ アルキメデス的 てき に順序付 じゅんじょづ けられたピタゴラス的 てき 体 からだ
Ω おめが
(
t
)
{\displaystyle \Omega (t)}
を用 もち いた。これは実 じつ 係数 けいすう 1変数 へんすう 有理 ゆうり 式 しき (関数 かんすう )の成 な す体 からだ
R
(
t
)
{\displaystyle \mathbb {R} (t)}
のピタゴラス閉包 へいほう 、すなわち実 じつ 定数 ていすう 関数 かんすう と不定 ふてい 元 もと t を意味 いみ する恒等 こうとう 関数 かんすう (実数 じっすう をそれ自身 じしん に写 うつ す関数 かんすう )を含 ふく み、演算 えんざん
ω おめが
↦
(
1
+
ω おめが
2
)
{\displaystyle \omega \mapsto {\sqrt {(1+\omega ^{2})}}}
で閉 と じた最小 さいしょう の関数 かんすう 体 たい である。この
Ω おめが
(
t
)
{\displaystyle \Omega (t)}
は次 つぎ のように順序付 じゅんじょづ けられる:
x
>
y
{\displaystyle x>y}
であるのは、十分 じゅうぶん 大 おお きな任意 にんい の実数 じっすう
t
{\displaystyle t}
に対 たい して
x
(
t
)
>
y
(
t
)
{\displaystyle x(t)>y(t)}
が成 な り立 た つときである。
Ω おめが
(
t
)
{\displaystyle \Omega (t)}
の元 もと
x
{\displaystyle x}
が有限 ゆうげん と呼 よ ばれるのは、ある整数 せいすう
m
,
n
{\displaystyle m,n}
に対 たい して
m
<
x
<
n
{\displaystyle m<x<n}
となるときである。有限 ゆうげん でない元 もと は無限 むげん 大 だい と呼 よ ばれる。
いま、
Ω おめが
(
t
)
{\displaystyle \Omega (t)}
の元 もと
x
{\displaystyle x}
と
y
{\displaystyle y}
によって
(
x
,
y
)
{\displaystyle (x,y)}
と表 あらわ される全 すべ ての元 もと からなる集合 しゅうごう に、次 つぎ のような通常 つうじょう の計量 けいりょう
‖
(
x
,
y
)
‖
=
x
2
+
y
2
{\displaystyle \|(x,y)\|={\sqrt {x^{2}+y^{2}}}}
を入 い れたものを考 かんが える。ここで
‖
(
x
,
y
)
‖
{\displaystyle \|(x,y)\|}
は
Ω おめが
(
t
)
{\displaystyle \Omega (t)}
に値 ね を取 と ることに注意 ちゅうい 。この空間 くうかん はユークリッド幾何 きか のモデルを与 あた える。平行 へいこう 線 せん 公準 こうじゅん はこのモデルに於 お いて真 しん である。すなわち、1つの直線 ちょくせん に2本 ほん の直線 ちょくせん が交 まじ わり、同 おな じ側 がわ にある内角 ないかく の和 わ が2直角 ちょっかく よりも小 ちい さいならば、2本 ほん の直線 ちょくせん はその側 がわ で交 まじ わる。他方 たほう 、もしその内角 ないかく 和 わ と2直角 ちょっかく との誤差 ごさ が無限 むげん 小 しょう (どんな正 せい の有理数 ゆうりすう よりも小 ちい さいことを意味 いみ する)ならば、その2つの直線 ちょくせん の交点 こうてん は、平面 へいめん の有限 ゆうげん でない点 てん で交 まじ わる。すなわち、もしこのモデルを平面 へいめん の有限 ゆうげん 部分 ぶぶん (つまり
(
x
,
y
)
{\displaystyle (x,y)}
で
x
,
y
{\displaystyle x,y}
がともに有限 ゆうげん である点 てん )に制限 せいげん したならば、平行 へいこう 線 せん 公準 こうじゅん を破 やぶ りつつ、三角形 さんかっけい の内角 ないかく の和 わ が
π ぱい
{\displaystyle \pi }
であるような幾何 きか 学 がく が得 え られる。これがデーンの半 はん ユークリッド幾何 きか である。これはRucker (1982 , page 98)で論 ろん じられている。
同 おな じ論文 ろんぶん に於 お いて、デーンは非 ひ ルジャンドル幾何 きか の例 れい も構成 こうせい している。これは、ある点 てん を通 とお り別 べつ の直線 ちょくせん と交 まじ わらない無限 むげん 本 ほん の直線 ちょくせん が存在 そんざい する(平行 へいこう 線 せん 公準 こうじゅん が破 やぶ れている)が、三角形 さんかっけい の内角 ないかく 和 わ が
π ぱい
{\displaystyle \pi }
を超 こ えるようなものである。
Ω おめが
(
t
)
{\displaystyle \Omega (t)}
上 うえ のリーマンの楕円 だえん 幾何 きか は
Ω おめが
(
t
)
{\displaystyle \Omega (t)}
上 うえ の射影 しゃえい 平面 へいめん から構成 こうせい され、これは
(
x
:
y
:
1
)
{\displaystyle (x:y:1)}
の形 かたち の点 てん に"無限 むげん 遠 とお にある直線 ちょくせん "を付 つ け加 くわ えたアファイン平面 へいめん と同一 どういつ 視 し できる。これはいかなる三角形 さんかっけい の内角 ないかく の和 わ も
π ぱい
{\displaystyle \pi }
を超 こ えるという性質 せいしつ を持 も つ。非 ひ ルジャンドル幾何 きか は、このアファイン部分 ぶぶん 空間 くうかん の点 てん
(
x
:
y
:
1
)
{\displaystyle (x:y:1)}
で
t
x
{\displaystyle tx}
と
t
y
{\displaystyle ty}
がともに有限 ゆうげん であるものからなる。(ここで
t
{\displaystyle t}
は恒等 こうとう 関数 かんすう によって表現 ひょうげん される
Ω おめが
(
t
)
{\displaystyle \Omega (t)}
の元 もと である。)ルジャンドルの定理 ていり は三角形 さんかっけい の内角 ないかく 和 わ が高々 たかだか
π ぱい
{\displaystyle \pi }
であることを述 の べるが、これはアルキメデスの公理 こうり を仮定 かてい するものである。デーンの例 れい は、ルジャンドルの定理 ていり がアルキメデスの公理 こうり を除 のぞ くと成立 せいりつ しない可能 かのう 性 せい があることを示 しめ している。
Dehn, Max (1900), “Die Legendre'schen Sätze über die Winkelsumme im Dreieck” , Mathematische Annalen 53 (3): 404–439, doi :10.1007/BF01448980 , ISSN 0025-5831 , JFM 31.0471.01 , https://books.google.com/books?id=vEbWAAAAMAAJ&pg=PA404
Hilbert, David (1902), The foundations of geometry , The Open Court Publishing Co., La Salle, Ill., MR 0116216 , http://www.gutenberg.org/files/17384/17384-pdf.pdf
Rucker, Rudy (1982), Infinity and the mind. The science and philosophy of the infinite , Boston, Mass.: Birkhäuser, ISBN 3-7643-3034-1 , MR 0658492