Математические байки

И в завершение — ещё один результат, о котором рассказывал в тех лекциях Антон Зорич. Пусть на координатной плоскости периодически посажены прямоугольные деревья. Как в них будет запутываться "бильярдный" ветер — частичка, движущаяся по бильярду в их дополнении?

В общем — совершенно классно сделано! (До того, как я увидел это видео не увидел — если бы мне сказали, что можно станцевать геодезические на трансляционных поверхностях, я бы не поверил!)

Кодирование замкнутой геодезической и её образа при перестройке —

Перестройка развёртки поверхности (отрезаем длинные "хвостики" и приносим ближе к центральной области) —

Вот несколько кадров оттуда: - действие аффинной группы —

А ещё можно посмотреть на замкнутые геодезические на П_5, не проходящие через вершины, и на их кодирование и упрощение. И тут я порекламирую прекрасное видео Дианы Дэвис, которое в 2012-м получило выиграло в категории "математика и физика" конкурс "Dance your PhD": https://www.youtube.com/watch?v=FH28a7v_gDQ

Вывод — задача описания всех путей из вершины в вершину на додекаэдре сведена к конечному перебору. И ура!

И получается такая цепочка: геодезические из вершины в вершину на додекаэдре — приходят из прямых лучей из вершины в вершину на "огромной поверхности". Прямой луч там проецируется в прямой луч из вершину в вершину на П_5, и на самом П_5 его можно было бы упростить аффинным преобразованием до одного из двух (ребро или диагональ). Увы, можно упрощать только преобразованием "огромной поверхности". Но такие преобразования образуют подгруппу конечного индекса — поэтому получается упростить луч до одного из конечного множества!

Но! Хоть "поднимается" и не всякое преобразование П_5 — те, которые поднимаются, в группе всех оказываются подгруппой конечного индекса.

Справа отождествление сторон уже не такое, как слева.

Так вот — если у нас есть преобразование "внизу", на П_5, оно вовсе не обязательно приходит "сверху", из преобразования всей огромной поверхности. В качестве аналогичного примера — на тор, склеенный из одного квадрата, можно подействовать любым преобразованием из SL(2,Z), и он перейдёт в себя. А вот поверхность, склеенную из нескольких квадратиков (с каким-то отождествлением пар параллельных сторон), такое преобразование вовсе не обязательно переведёт в себя. И вот пример — опять из лекции Антона:

(Причём та, что вдоль ребра, нам на самом деле не подходит — из-за рассуждений с центральной симметрией, очень похожих на те, что уже были для всех остальных платоновых тел.)

Так вот — оказывается, что если смотреть только на П_5, то есть аналогичная теорема: все траектории "из вершины в вершину" можно аффинным преобразованием, переводящим П_5 в себя, перевести в одну из двух траекторий: либо вдоль ребра пятиугольника, либо вдоль диагонали:

Вот траектория из вершины в (другую) вершину на одной развёртке додекаэдра — и её образ, траектория из вершины в вершину на П_5: