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  60. English
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note-math

为了处理 ℝ1,𝑛 的幂级数, 需要先处理值域 ℝ1,𝑛 的级数

暂时只处理类时未来的情况

sum-preserve-time-future_(tag) let 𝑣,𝑤 类时未来, then 𝑣+𝑤 类时未来

⟨𝑣+𝑤⟩2=⟨𝑣⟩2+⟨𝑤⟩2+2⟨𝑣,𝑤⟩

⟨𝑣,𝑤⟩>0

|𝑣+𝑤|≥|𝑣|+|𝑤| (#link(<quadratic-form-inequality-Minkowski>)[三角不等式])

|𝑣+𝑤|>|𝑣|,|𝑤|

let 𝑥𝑛 类时未来 or 0

then 𝑥1+⋯+𝑥𝑛 类时未来 or 0

|𝑥1+⋯+𝑥𝑛|≥|𝑥1|+⋯+|𝑥𝑛|

|𝑥1+⋯+𝑥𝑛|≥|𝑥1+⋯+𝑥𝑛−1|, or 𝑛⇝|𝑥1+⋯+𝑥𝑛|≥0 单调递增 increasing-length-of-time-future-series_(tag)

let 𝑣,𝑤 time future, not co-linear. span(𝑣,𝑤)≃ℝ1,1 cf. #link(<signature-of-2d-subspace-of-spacetime>)[]

通过 SO(1,𝑛) 变换, 可以假设测地线球的中心是 (0,…,0,1)

sum-preserve-angle-range_(tag)

let 𝑣,𝑤 的方向 𝑣|𝑣|,𝑤|𝑤| 包含在 ℍ𝕪 的测地线球 exph([−𝑅,𝑅] i split)

==> 𝑣+𝑤 的方向 𝑣+𝑤|𝑣+𝑤| 在测地线球 exph([−𝑅,𝑅] i split)

Proof

Question 有更直接的证明吗?

let

𝑣=|𝑣| exph (ϕ i split)𝑤=|𝑤| exph (𝜓 i split)

let |ϕ|,|𝜓|≤𝑅

双曲线的测地线长度 𝑟 是双射. 双曲线映射到到空间轴是单射. 复合后是 sinh 𝑟 保持单调的双射

argh (𝑣+𝑤|𝑣+𝑤|)→im 𝑣+𝑤|𝑣+𝑤|(im  of ℂ split)=|𝑣| sinh ϕ+|𝑤| sinh 𝜓(|𝑣|2+|𝑤|2+2|𝑣||𝑤| cosh (𝜓−ϕ))12 cosh ≥1≤|𝑣| sinh 𝑅+|𝑤| sinh 𝑅(|𝑣|2+|𝑤|2+2|𝑣||𝑤| cosh (𝑅−𝑅))12=sinh 𝑅|argh (𝑣+𝑤|𝑣+𝑤|)|≤𝑅

let 𝑥𝑛 方向 𝑥𝑛|𝑥𝑛| in ℍ𝕪𝑛(time,future) 测地线球 𝔹

==> 𝑥1+⋯+𝑥𝑛∈𝔹

Proof use span(𝑥1+⋯+𝑥𝑛−1,𝑥𝑛) signature 1,1, 嵌入 ℍ𝕪, 归纳

quadratic-form-inequality-Minkowski-another_(tag)

let 𝑣,𝑤 的方向 in ℍ𝕪 测地线球 exph([−𝑅,𝑅] i split)

==> ⟨𝑣,𝑤⟩≤|𝑣||𝑤|cosh(2𝑅)

Proof use ⟨𝑣,𝑤⟩=|𝑣||𝑤| cosh (𝜓−ϕ) cf. #link(<hyperbolic-cosine-formula>)[]

let 𝑥𝑛 time future, 方向 𝑥𝑛|𝑥𝑛| 在 ℍ𝕪𝑛(time,future) 测地线球 𝔹 with 半径 𝑅

|𝑥1+⋯+𝑥𝑛|2=|𝑥1|2+⋯+|𝑥𝑛|2+2∑1≤𝑖<𝑗≤𝑛⟨𝑥𝑖,𝑥𝑗⟩≤|𝑥1|2+⋯+|𝑥𝑛|2+2cosh(2𝑅)∑1≤𝑖<𝑗≤𝑛|𝑥𝑖||𝑥𝑗|

==> use cosh ≥1

|𝑥1+⋯+𝑥𝑛|2≤cosh(2𝑅)(|𝑥1|+⋯+|𝑥𝑛|)2

absolute-convergence-Minkowski-distance_(tag) ∑𝑖=1∞|𝑥𝑖|<∞ ==> #link(<increasing-length-of-time-future-series>)[单调递增] 有界 lim 𝑛→∞|𝑥1+⋯+𝑥𝑛|<∞ 存在极限

Minkowski-power-series_(tag)

let ∑𝑖=1∞|𝑥𝑖|<∞

  • 距离 |𝑦|= lim 𝑛→∞|𝑥1+⋯+𝑥𝑛| 极限存在 (上一个定理)
  • 方向 𝑦|𝑦|= lim 𝑛→∞𝑥1+⋯+𝑥𝑛|𝑥1+⋯+𝑥𝑛|∈𝔹, 极限存在待证明

have property

  • 𝑦−(𝑥1+⋯+𝑥𝑛) time future
  • lim𝑛→∞|𝑦−(𝑥1+⋯+𝑥𝑛)|=0

称为 Minkowski 级数收敛 ∑𝑖=1∞𝑥𝑖=𝑦

Proof of convergence in direction space

  • 方向 𝑥1+⋯+𝑥𝑛|𝑥1+⋯+𝑥𝑛| 收敛

Question 有无更直接的证明

use #link(<isom-top-hyperbolic-Euclidean>)[]. ℝ1,𝑛 距离限制在 ℍ𝕪𝑛(time,future) 等价于作为 Riemman manifold 的测地线距离, ℍ𝕪𝑛 两个元素相减是 ℝ1,𝑛 类空

we prove 𝑥1+⋯+𝑥𝑛|𝑥1+⋯+𝑥𝑛| Cauchy in ℍ𝕪𝑛(time,future)

lim 𝑛→∞|𝑥1+⋯+𝑥𝑛|<∞ ==> |𝑥1+⋯+𝑥𝑛| 是 Cauchy 序列

==> all 𝜀>0, exist 𝑛∈ℕ, all 𝑚∈ℕ
|𝑥1+⋯+𝑥𝑛+𝑚|−|𝑥1+⋯+𝑥𝑛|<𝜀

let

𝑣=𝑥1+⋯+𝑥𝑛,𝑤=𝑥1+⋯+𝑥𝑛+𝑚. use ℍ𝕪𝑛 两点相减是 ℝ1,𝑛 类空

0≤−⟨𝑣|𝑣|−𝑤|𝑤|⟩2=−2(1−⟨𝑣|𝑣|,𝑤|𝑤|⟩)=2(⟨𝑣,𝑤⟩−|𝑣||𝑤||𝑣||𝑤|)

use 1|𝑣||𝑤|=1|𝑥1+⋯+𝑥𝑛+𝑚||𝑥1+⋯+𝑥𝑛|≤1|𝑥1|2 (or other) 不影响极限 →𝑛→∞0

use #link(<sum-preserve-time-future>)[]. 𝑤−𝑣 类时, |𝑤|>|𝑣|. use #link(<triangel-inequality-Minkowski>)[三角不等式] |𝑤|≥|𝑤−𝑣|+|𝑣|, use Cauchy |𝑤|−|𝑣|<𝜀

==> |𝑤−𝑣|≤|𝑤|−|𝑣|<𝜀

==> |𝑤−𝑣|2≤(|𝑤|−|𝑣|)2<𝜀2

==> 0≤(|𝑤|−|𝑣|)2−|𝑤−𝑣|2<𝜀2

==> 2(⟨𝑣,𝑤⟩−|𝑣||𝑤|)<𝜀2

==> 𝑥1+⋯+𝑥𝑛|𝑥1+⋯+𝑥𝑛| Cauchy in ℍ𝕪𝑛(time,future)

  • 内积收敛

let 𝑦=|𝑦| exph ϕ
let 𝑧=|𝑧| exph 𝜓 time future
for 𝑦𝑛→𝑦 use 双曲余弦

⟨𝑦,𝑧⟩=|𝑦||𝑧| cosh (|ϕ−𝜓|)=lim 𝑛→∞|𝑦𝑛||𝑧|cosh(|ϕ𝑛−𝜓|) distance |𝑦𝑛|∧ direction ϕ𝑛=lim 𝑛→∞⟨𝑦𝑛,𝑧⟩
  • 𝑦−(𝑥1+⋯+𝑥𝑛) 类时
⟨𝑦−(𝑥1+⋯+𝑥𝑛)⟩2=⟨𝑦−𝑦𝑛⟩2=𝑦2+𝑦𝑛2−2⟨𝑦,𝑦𝑛⟩=lim 𝑚→∞(𝑦𝑛+𝑚2+𝑦𝑛2−2⟨𝑦𝑛+𝑚,𝑦𝑛⟩)=lim 𝑚→∞⟨𝑦𝑛+𝑚−𝑦𝑛⟩2

where ⟨𝑦𝑛+𝑚−𝑦𝑛⟩2=⟨𝑥𝑛+1+⋯+𝑥𝑛+𝑚⟩2≥0

  • 𝑦−(𝑥1+⋯+𝑥𝑛) 未来
⟨𝑦−(𝑥1+⋯+𝑥𝑛),𝑥1+⋯+𝑥𝑛⟩=⟨𝑦,𝑦𝑛⟩−⟨𝑦𝑛,𝑦𝑛⟩=(lim 𝑚→∞⟨𝑦𝑛+𝑚,𝑦𝑛⟩)−⟨𝑦𝑛,𝑦𝑛⟩=lim 𝑚→∞⟨𝑦𝑛+𝑚−𝑦𝑛,𝑦𝑛⟩

where ⟨𝑦𝑛+𝑚−𝑦𝑛,𝑦𝑛⟩=⟨𝑥𝑛+1+⋯+𝑥𝑛+𝑚,𝑥1+⋯+𝑥𝑛⟩≥0

lim𝑛→∞⟨𝑦−(𝑥1+⋯+𝑥𝑛)⟩2=lim 𝑛→∞(𝑦2+𝑦𝑛2−2⟨𝑦,𝑦𝑛⟩)=0

处理幂级数

let 𝐴𝑛∈Lin(⊙𝑛ℝ1,3→ℝ1,3)

Minkowski-analytic_(tag) Minkowski 解析

∑𝑛=1∞𝐴𝑛(𝑣𝑛) (零阶不影响)

let 测地线坐标 argh:ℍ𝕪𝑛→ℝ𝑛

目标的 𝐴𝑛 property

  • 𝑣 time future ==> 𝐴𝑛(𝑣𝑛) time future

  • 定义范数给出绝对收敛

use 几何级数控制 like #link(<linear-map-induced-norm>)[the case of Euclidean]

|𝐴𝑛|(𝑅)≔sup𝑣∈ℍ𝕪𝑛|argh(𝑣)|≤𝑅|𝐴𝑛(𝑣𝑛)|=sup|argh(𝑣)|≤𝑅|𝐴𝑛(𝑣𝑛)||𝑣|𝑛𝜌(𝑅)≔lim sup𝑛∈ℕ{|𝐴𝑛|(𝑅)1𝑛}−1

==> |argh(𝑣)|<𝑅 and |𝑣|<𝜌(𝑅) ==> ∑|𝐴𝑛(𝑣𝑛)|≤∑(|𝑣|𝜌(𝑅))𝑛=11−|𝑣|𝜌(𝑅)−1<∞

  • Question 类似 Euclidean 的情况, 收敛半径内蕴含 Minkowski 连续性 i.e. 距离和方向的连续, 而且有绝对一致收敛性质

Example Question

  • exph is ℂsplit ≃ℝ1,1 Minkowski 解析

  • 类似复分析, ℂsplit 解析 ==> ℝ1,1 Minkowski 解析

  • 类似于 Euclidean 的情况, PDE, 特征函数, 特殊函数可能会给出更多 Minkowski-analytic 的例子

Question let 𝑓:ℝ1,𝑑→ℝ1,𝑑 Euclidean 解析 ℝ1+𝑑, 𝑑𝑓∈SO(1,𝑑) ==> 𝑓 Minkowski 解析?

Question 对于 Minkowski 解析, 考虑对应到 Euclidean 的 #link(<analytic-continuation>)[], #link(<power-series-space>)[], #link(<analytic-space>)[]

多了 |argh(𝑣)|≤𝑅, 参数 𝑅

级数 or 函数三角不等式可能需要加上参数 cosh (2𝑅) 修正的版本

解析函数空间的网的逼近时还需要 𝑅→∞ 作为整个方向空间的极限