Up 4次元の意義 作成: 2007-11-24
更新: 2007-11-24


    2次元ベクトル空間の変換としての「回転・倍」は,3次元ベクトル空間で定めることができました。( 2次元の「回転・倍」は,3次元で考えている!)
    これとまったく同じことが,3次元ベクトル空間の変換としての「回転・倍」についても言えます。


    3次元ベクトルに対する「回転・倍」の作用は,3次元ベクトル空間の変換 f として考えるものになります:

      ゼロでないベクトル v を任意にとる。
      v を (1, 0, 0 ) とするように x-y-z 座標をとる。
      f は,f(v) = ( ax, ay, az ) で決まる。

    「一つのベクトルの移動先が決まれば,すべてのベクトルの移動先が決まる」ということです。 (これは,「作用」が「数」に昇格するための基本要件です。)

    ここで,「v を (1, 0, 0 ) とするように x-y-z 座標をとる」に注意しましょう。
    「任意のベクトル v に対し,これを (1, 0, 0 ) とする x-y-z 座標」が一意に決まらないと,「f は,f(v) = ( ax, ay, az ) で決まる」のようにできません。
    x 軸は一意に決まります。
    しかし,この x 軸に対する y, z 軸が,一意に決まりません。


    x軸に対し y, z 軸が一意的に決まるようにはできないでしょうか?
    3次元ベクトル空間を4次元ベクトル空間の中に3次元超平面として埋め込めば,これができます:

    1. 3次元ベクトル空間を,4次元ベクトル空間の中に3次元超平面 H として埋め込む。
    2. H 上に原点 O をとる。
    3. 原点を通り H に垂直に,r 軸をとる。
    4. このとき,H 上に任意にとった x 軸に対し,r軸,x 軸とあわさって直交座標系をつくる y,z 軸が, H の中で一意に決まる。



    2次元ベクトル空間は,3次元ベクトル空間につぎのように埋め込まれました:

    1. 3次元ベクトル空間で,ベクトル q をとる。
    2. 直交座標系 r-x-y を「r 軸 の上に がある」ようにとるとき,座標が ( 0, x, y ) の形のベクトル 全体が,q に直交する2次元超平面になる。
    3. 2次元ベクトル空間を,つぎの要素対応により,この超平面と同一視する:
      ( x, y ) ←→ ( 0, x, y )   

    これとまったく同じに,3次元ベクトル空間を4次元ベクトル空間に埋め込みます:

    1. 4次元ベクトル空間で,ベクトル q をとる。
    2. 直交座標系 r-x-y-z を「r 軸 の上に がある」ようにとるとき,座標が ( 0, x, y, z ) の形のベクトル 全体が,q に直交する3次元超平面になる。

    3. 3次元ベクトル空間を,つぎの要素対応により,この超平面と同一視する:
      ( x, y, z ) ←→ ( 0, x, y, z )