3차원 초구

기하학에서 3차원 초구(三次元超球, , )는 4차원 공간 속의 단위 벡터로 구성된 리만 다양체이다. 그 위에는 리 군 SU(2)의 구조를 줄 수 있다.

정의 
3차원 초구는 다음과 같이 대칭 공간을 이룬다.

또한, 는 노름 1의 사원수의 공간으로 여길 수 있다.

리만 구  위의 정칙 선다발 에 대응하는 U(1) 주다발의 전체 공간은 와 동형이다. 이는 호프 올다발

을 정의한다.

성질

좌표계 
3차원 초구 위에는 여러 개의 유용한 좌표계들이 존재한다.

구면 좌표계 
3차원 초구 위에는 구면 좌표계를 사용할 수 있다. 즉, 좌표 에 대하여

이며, 매장 은 다음과 같다.

이 좌표계에서 3차원 초구의 리만 계량은 (반지름이 1일 때) 다음과 같다.

부피 형식은 다음과 같다.

호프 좌표계 
3차원 초구 위의 호프 좌표계(Hopf座標系, ) 는 다음과 같다.

매장 은 다음과 같다.

이 좌표계에서 3차원 초구의 리만 계량은 (반지름이 1일 때) 다음과 같다.

부피 형식은 다음과 같다.

이 좌표계에서, 호프 올다발은 다음과 같다.

여기서  위의 좌표는 구면 좌표계이다. 즉,

라고 적으면,

이므로

가 되며,

이 된다.

군의 작용 
 위에는 리 군 가 작용한다. 그 가운데 은 SU(2)의, 스스로 위의 왼쪽 · 오른쪽 곱셈 작용에 해당한다.

호프 올다발로 인하여, 는  위의 U(1) 주다발을 이루며, 이는 의 작용을 정의한다. 이는 의 부분군이다.

연속 함수 
리 군 SU(2)의 곱셈 연산에 해당하는 매끄러운 함수

가 존재한다. 이는 노름 1의 사원수의 곱셈으로 생각할 수도 있다.

미분 형식 
호프 올다발에 의하여, 의 부피 형식을 에 당길 수 있다. 이는 물론 2차 완전 미분 형식이다. 이는 호프 올다발의 U(1)×SO(3) 대칭 가운데 U(1)의 작용에 대하여 불변이다.

참고 문헌

외부 링크 
 
 

기하학
리 군
대수적 위상수학
사원수