Kvant

Bản dịch tự động sơ bộ, chất lượng thấp: có thể còn lỗi và câu chữ chưa tự nhiên. Bản này sẽ được thay bằng bản dịch tốt hơn. Bản gốc →

2

NHÓM CHUYỂN ĐỔI

Mục đích bài viết ngắn của tôi là làm cho nội dung bài báo “Nhóm” đã xuất bản của L. Sadovsky và M. Arshinov trở nên dễ tiếp cận hơn và kết nối nó với sách giáo khoa phổ thông mới.

Theo chương trình học mới, học sinh lớp 5 được làm quen với khái niệm “sắp xếp một tập hợp thành một tập hợp”. Ở lớp sáu, các em được làm quen với khái niệm “ánh xạ khả nghịch” (theo một thuật ngữ khác, quen thuộc với nhiều độc giả «Kvant», “ánh xạ một-một”).

Mọi bản đồ khả nghịch đều có một bản đồ nghịch đảo. Ví dụ: phép quay R070∘R_0^{70^\circ} quanh điểm OO theo 70∘70^\circ ngược chiều kim đồng hồ (Hình 1) có ánh xạ nghịch đảo là phép quay quanh điểm OO theo 70∘70^\circ, nhưng theo chiều kim đồng hồ. Trong sách giáo khoa hình học mới, phép quay này được ký hiệu là R0−70∘R_0^{-70^\circ} (xoay quanh điểm OO bằng âm 70∘70^\circ).

Trong các lớp tiếp theo và cuối cùng, học sinh được làm quen với khái niệm “bố cục trưng bày”. Ví dụ, chúng ta hãy xem xét hai chuyển động của mặt phẳng, nghĩa là hai ánh xạ của mặt phẳng lên chính nó để bảo toàn khoảng cách. Là chuyển vị đầu tiên, chúng ta lấy đối xứng trục SxS_x với trục xx và đối xứng thứ hai - đối xứng trục SyS_y với trục yy, vuông góc với trục xx (Hình 2). Điều gì xảy ra nếu bạn thực hiện tuần tự hai ánh xạ này: đầu tiên là SxS_x và sau đó là SyS_y?

Điểm PP có đối xứng SxS_x sẽ đi vào điểm P1P_1, đối xứng với trục xx, và với đối xứng SyS_y của điểm P1P_1, nó sẽ đi vào điểm P2P_2. Câu trên có thể viết dưới dạng đẳng thức

P2=Sy(Sx(P)).P_2 = S_y(S_x(P)).

Mặt khác, điểm P2P_2 có thể được lấy trực tiếp từ điểm PP bằng cách sử dụng đối xứng trung tâm Z0Z_0 với tâm OO là giao điểm của các đường xx và yy:

P2=Z0(P).P_2 = Z_0(P).

Hãy tự chứng minh rằng với mọi điểm PP của mặt phẳng

Sy(Sx(P))=Z0(P)S_y(S_x(P)) = Z_0(P)

(như đã nói, giả định rằng các đường xx và yy vuông góc và cắt nhau tại điểm OO).

4

Bằng cách giải bài toán 2 và 3, bạn chứng minh được rằng tập hợp G1G_1 có các thuộc tính (1) và (2) theo định nghĩa của nhóm biến đổi, nghĩa là G1G_1 là nhóm biến đổi mặt phẳng.

Một thực tế tổng quát hơn có thể được chứng minh: tập GΦG_\Phi tất cả các chuyển vị của mặt phẳng; ánh xạ bất kỳ hình đã cho nào Φ\Phi lên chính nó là một nhóm biến đổi mặt phẳng. Chứng minh không khó (làm đi!). Nhóm GΦG_\Phi được gọi là nhóm hình đối xứng Φ\Phi.

Từ bảng thành phần của bộ G1G_1 chúng ta thấy rằng thành phần của các chuyển động không phải lúc nào cũng có thể định vị lại được:

S(OA)∘S(OB)=R0−120∘≠R0120∘=S(OB)∘S(OA).S_{(OA)} \circ S_{(OB)} = R_0^{-120^\circ} \neq R_0^{120^\circ} = S_{(OB)} \circ S_{(OA)}.

Tuy nhiên, có thể chứng minh rằng phép toán hợp thành biến đổi tập hợp MM luôn có tính chất kết hợp:

F3∘(F2∘F1)=(F3∘F2)∘F1F_3 \circ (F_2 \circ F_1) = (F_3 \circ F_2) \circ F_1

(hãy thử cái này).

Bảng 1

| ∘\circ | EE | S(OA)S_{(OA)} | S(OB)S_{(OB)} | S(OC)S_{(OC)} | R0120∘R_0^{120^\circ} | R0−120∘R_0^{-120^\circ} |
| :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— |
| EE | E∘E=EE \circ E = E | E∘S(OA)=S(OA)E \circ S_{(OA)} = S_{(OA)} | E∘S(OB)=S(OB)E \circ S_{(OB)} = S_{(OB)} | E∘S(OC)=S(OC)E \circ S_{(OC)} = S_{(OC)} | E∘R0120∘=R0120∘E \circ R_0^{120^\circ} = R_0^{120^\circ} | E∘R0−120∘=R0−120∘E \circ R_0^{-120^\circ} = R_0^{-120^\circ} |
| S(OA)S_{(OA)} | S(OA)∘E=S(OA)S_{(OA)} \circ E = S_{(OA)} | S(OA)∘S(OA)=ES_{(OA)} \circ S_{(OA)} = E | S(OA)∘S(OB)=R0−120∘S_{(OA)} \circ S_{(OB)} = R_0^{-120^\circ} | | | |
| S(OB)S_{(OB)} | | S(OB)∘S(OA)=R0120∘S_{(OB)} \circ S_{(OA)} = R_0^{120^\circ} | | | | |
| S(OC)S_{(OC)} | | | | | | |
| R0120∘R_0^{120^\circ} | | | | | | |
| R0−120∘R_0^{-120^\circ} | | | | | | |