Transformada de Cayley
Em matemática, a transformada de Cayley, em homenagem a Arthur Cayley, é um conjunto de coisas relacionadas. Como originalmente descrito por Cayley (1846), a transformada é um mapeamento entre matrizes simétricas enviesadas e matrizes ortogonais especiais.[1][2] A transformação é uma homografia usada em análises reais, análises complexas e análises quaterniônicas.[3][4] Na teoria dos espaços de Hilbert, a transformação de Cayley é um mapeamento entre operadores lineares.[5][6]
Homografia real
A transformada de Cayley é um automorfismo da linha projetiva real que permite os elementos de {1, 0, −1, ∞} em sequência.[7] Por exemplo, ele mapeia os números reais positivos para o intervalo [−1, 1]. Assim, a transformada de Cayley é usada para adaptar os polinômios de Legendre para uso com funções nos números reais positivos com funções racionais de Legendre.[8]
Como uma homografia real, os pontos são descritos com coordenadas projetivas e o mapeamento é
Homografia complexa
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/Cayley_transform_in_complex_plane.png/300px-Cayley_transform_in_complex_plane.png)
No plano projetivo complexo, a transformada de Cayley é:[9][10]
Como {∞, 1, –1 } é mapeado para {1, –i, i }, e as transformações de Möbius permitem os círculos generalizados[11] no plano complexo, f mapeia a linha real para o círculo unitário. Além disso, como f é contínuo e i é levado a 0 por f, o semiplano superior é mapeado para o disco da unidade.[12]
Em termos de modelos de geometria hiperbólica, essa transformação de Cayley relaciona o modelo de meio plano de Poincaré ao modelo de disco de Poincaré[13]. Na engenharia elétrica, a transformada de Cayley foi usada para mapear um semi-plano de reatância para o gráfico de Smith usado para a correspondência de impedâncias das linhas de transmissão.
Homografia de Quaternião
No espaço quadridimensional dos quaterniões q = a + b i + c j + d k, os versores[14]
- formar a unidade de esferas 3D.
Como os quatérnions são não comutativos, os elementos de sua linha projetiva têm coordenadas homogêneas escritas U (a, b) para indicar que o fator homogêneo se multiplica à esquerda. A transformação de quaternion é
As homografias reais e complexas descritas acima são instâncias da homografia do quaternião em que θ é zero ou π/2, respectivamente. Evidentemente, a transformação leva u → 0 → –1 e leva –u → ∞ → 1.
Avaliar esta homografia em q = 1 mapeia o versor u em seu eixo:
Entretanto
Por conseguinte
Nesta forma, a transformada de Cayley foi descrita como uma parametrização racional da rotação: Deixet t = tan φ/2 na identidade numérica complexa[15]
onde o lado direito é a transformação de ti e o lado esquerdo representa a rotação do plano em radianos φ negativos.
Inversa
Deixe Como
onde a equivalência está no grupo linear projetivo[16] sobre os quaterniões, o inverso de f(u, 1) é
Como as homografias são bijeções, mapeia os quaterniões vetoriais para a esfera tridimensional dos versores. Como os versores representam rotações em espaços tridimensionais, a homografia f −1 produz rotações da bola em ℝ3.
Referências
- ↑ «Cayley's parameterization of orthogonal matrices». planetmath.org. Consultado em 1 de julho de 2020
- ↑ Trenkler, Götz; Trenkler, Dietrich (2008). «The Vector Cross Product and 4 × 4 Skew-symmetric Matrices». Heidelberg: Physica-Verlag HD: 95–104. ISBN 978-3-7908-2063-8
- ↑ Havu, V.; Malinen, J. «Laplace and Cayley transforms – an approximation point of view». IEEE. Proceedings of the 44th IEEE Conference on Decision and Control. ISBN 0-7803-9567-0. doi:10.1109/cdc.2005.1583117
- ↑ «Lecture Note for Math 220B Complex Analysis of One Variable» (PDF)
- ↑ Dvorsky, Alexander; Sahi, Siddhartha (31 de outubro de 2001). «Explicit Hilbert spaces for certain unipotent representations III». arXiv:math/0110339
- ↑ Havu, V.; Malinen, J. (14 de agosto de 2007). «The Cayley Transform as a Time Discretization Scheme». Numerical Functional Analysis and Optimization. 28 (7-8): 825–851. ISSN 0163-0563. doi:10.1080/01630560701493321
- ↑ Meserve, Bruce E. (8 de dezembro de 2014). Fundamental Concepts of Geometry (em inglês). [S.l.]: Courier Corporation
- ↑ Zhong-Qing, Wang; Ben-yu, Guo (dezembro de 2005). «A mixed spectral method for incompressible viscous fluid flow in an infinite strip». Computational & Applied Mathematics (em inglês). 24 (3): 343–364. ISSN 1807-0302. doi:10.1590/S0101-82052005000300002
- ↑ Robert Everist Green & Steven G. Krantz (2006) Function Theory of One Complex Variable, page 189, Graduate Studies in Mathematics #40, American Mathematical Society ISBN 9780821839621
- ↑ Erwin Kreyszig (1983) Advanced Engineering Mathematics, 5th edition, page 611, Wiley ISBN 0471862517
- ↑ Lacroix, S. F. (1 de junho de 2016). Ensaios sobre o ensino em geral e o de Matemática em particular. [S.l.]: SciELO - Editora UNESP
- ↑ Anthony Thompson, Juan Carlos Alvarez Paiva (7 de setembro de 2006). «On the Perimeter and Area of the Unit Disc» (PDF). web.archive.org. Consultado em 1 de julho de 2020. Cópia arquivada (PDF) em 7 de setembro de 2006
- ↑ «hyperbolic geometry - Distance formula for points in the Poincare half plane model on a "vertical geodesic".». Mathematics Stack Exchange. Consultado em 1 de julho de 2020
- ↑ «On Quaternions; or on a new System of Imaginaries in Algebra». www.maths.tcd.ie. Consultado em 1 de julho de 2020
- ↑ «The Cayley transform as a time discretisation scheme» (PDF). Institute of Mathematics - Helsinki University of Technology. 2 de maio de 2007
- ↑ «PROJECTIVE REPRESENTATIONS». Cambridge University Press. 30 de junho de 2005: 149–150. ISBN 978-0-521-83703-3
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