度量幾何與幾何群論

格羅莫夫雙曲空間(Gromov-hyperbolic space)

/ GROH-mof /

若你從雙曲平面或一棵樹拉得夠遠來看,你會注意到三角形是「瘦」的——任一邊都緊貼著另外兩邊,沒有容納大片平坦區域的空間。格羅莫夫把這種大尺度的瘦變成整個定義。格羅莫夫雙曲空間是一個其測地三角形一致地瘦的度量空間,以一種能在幾何群論「可變形但不撕裂」的粗觀點下存活的方式刻畫負曲率。

最乾淨的版本是細三角形條件。測地空間 X 是 delta 雙曲(對某常數 delta >= 0)的,若每個測地三角形都是 delta 細的:每一邊都落在另外兩邊聯集的 delta 鄰域內。所以無論你站在三角形某一邊的何處,你都在距某另一邊上某點 delta 之內——三角形沒有肥胖的中段。等價地可用格羅莫夫積 (x.y)_w = (1/2)(d(x,w) + d(y,w) - d(x,y)) 的四點條件:對所有點,(x.z)_w >= min{(x.y)_w, (y.z)_w} - delta。樹是 0 雙曲的;雙曲平面對某特定 delta 是 delta 雙曲的;delta 的值無關緊要,重要的只是某個有限 delta 行得通。關鍵在於這性質是擬等距不變量:與雙曲空間擬等距的空間本身就雙曲,這正是它對群而言是正確概念的原因。

格羅莫夫雙曲性是負曲率的大尺度骨幹,也是雙曲群論的基礎。雙曲空間有一個良定義的無窮遠邊界,承載一個視覺度量;鄰近點間的測地線一致地靠近(莫爾斯引理:擬測地線跟隨真測地線);當該空間是群的凱萊圖時,此幾何強制出可解的字問題。把它與 CAT(0) 區分開的關鍵告誡:雙曲性是粗的,容許有界的平坦片,但禁止任意大的平坦。n >= 2 的歐氏空間 R^n 不是雙曲的——它的三角形隨增大而任意變胖——儘管它是 CAT(0)。反過來,雙曲空間未必是 CAT(0),甚至局部未必測地良好;它只約束大尺度形狀。

度數 3 的正則樹(每個頂點接三條邊)是 0 雙曲的:任何測地三角形都是三腳架,故每一邊確實落在另外兩邊的聯集內,delta = 0。兩個生成元的自由群恰以這棵樹為凱萊圖,所以它是雙曲群。相對地,整數格 Z^2 不雙曲:一個大正方形某一邊上的角點距另外兩邊約為邊長之半,而該距離無界增長,所以沒有單一 delta 行得通。

樹是 0 雙曲的(三角形是三腳架);平坦格 Z^2 不雙曲。

雙曲性是粗的大尺度性質——它對局部結構毫無斷言,且在擬等距下不變。delta 的具體值無意義,重要的只是它存在。又 R^n(n >= 2)是 CAT(0) 卻不雙曲,故兩種曲率概念彼此獨立。

又称
delta-hyperbolic spaceword-hyperbolic (for groups)delta 雙曲空間細三角形空間