軌道(orbit)
站在某一點上,讓一個變換群把你帶到它所能帶到的一切地方。你可能被帶到的全部位置所成的集合,就是你的軌道。若群是繞原點的所有旋轉,而你從點 (1, 0) 出發,每個旋轉都把你送到離原點一單位的某點,合起來掃出整個單位圓——所以 (1, 0) 的軌道就是那個圓。
精確地說,對作用在空間 X 上的群 G 與一點 x,x 的軌道是當 g 遍歷整個群時所有點 g . x 所成的集合。具體想像:把群中每個變換列出來,各自施於你的起點,把所有落點蒐集起來;這個蒐集就是軌道。一個基本事實是:軌道絕不會部分重疊——兩條軌道要嘛完全相同,要嘛完全不相交——所以軌道把整個空間切成彼此分離的塊,構成一個分割。這是因為「能被帶到」是一個等價關係,全靠群律之賜(你可以原地不動、可以還原、可以串接動作)。當群能把任一點帶到任一其他點時,就只有一條軌道,即整個空間;這樣的作用稱為可遞,此時空間稱為齊性的。
軌道是一種幾何所能區分的自然「類型」。在愛爾蘭根的觀點下,兩個構形在幾何上相同,恰恰就是它們落在變換群的同一條軌道上;所以「依該幾何的相同概念來分類圖形」字面上就是列出軌道。在歐氏群作用於點對之下,一對點的軌道由它們之間的距離決定——這就是為何距離是歐氏不變量。在更大的仿射群之下,所有相異點對構成單一條軌道,所以距離不再是仿射幾何看得見的東西。
在繞原點的所有旋轉之下,點 (3, 0) 的軌道是以原點為心、半徑 3 的圓:每個旋轉都使到原點的距離維持為 3,而每個距原點 3 的點都被某個旋轉到達。唯一的不動點 (0, 0) 自成一條軌道,是只含一點的軌道,因為旋轉永遠不會搬動圓心。
軌道蒐集一點能被送到的每個地方;軌道把空間分割開來。
不同的起點可以共用一條軌道,但絕不會落在兩條互相重疊的軌道中——軌道要嘛完全重合、要嘛互不相交,因此絕不會部分交錯。