Orientacja (matematyka)

Układ lewoskrętny (po lewej) i prawoskrętny

Orientacja – pojęcie matematyczne odnoszące się do kilku obiektów oznaczające intuicyjnie określenie „strony” wierzchniej lub spodniej („lewej” lub „prawej”) obiektu. W szczególności jeżeli dana przestrzeń nie jest orientowalna, to znaczy, że nie jest możliwe wyróżnienie jej „stron”.

Orientacja rzeczywistej przestrzeni liniowej to podział baz uporządkowanych na „dodatnio” zorientowane i „ujemnie” zorientowane. W trójwymiarowej przestrzeni euklidesowej dwie możliwe orientacje baz nazywa się prawoskrętną i lewoskrętną (zob. reguła prawej dłoni). Jednakże wybór orientacji jest niezależny od skrętności bazy (chociaż o bazach prawoskrętnych mówi się zwykle, że są zorientowane dodatnio, można jednak przypisać im orientację ujemną).

Przestrzeń liniowa

Niech $X$ będzie $n$-wymiarową rzeczywistą przestrzenią liniową, zaś układy wektorów $a_{1},\dots ,a_{n}$ oraz $b_{1},\dots ,b_{n}$ jej bazami algebraicznymi. Macierz przejścia $P_{ab}$ od bazy $(a_{i})$ do $(b_{i})$ jest nieosobliwa. Oczywiście macierzą przejścia $P_{ba}$ od bazy $(b_{i})$ do $(a_{i})$ jest macierz do niej odwrotna. Obie te macierze posiadają wyznacznik tego samego znaku.

Bazy $(a_{i}),(b_{i})$ przestrzeni $X$ są zgodnie zorientowane, jeżeli wyznacznik macierzy przejścia $P_{ab}$ jest dodatni, w przeciwnym wypadku mówi się, że bazy te są przeciwnie zorientowane. Relacja zgodnego zorientowania między bazami przestrzeni $X$ jest relacją równoważności, zatem rozbija ona rodzinę wszystkich baz tej przestrzeni na klasy abstrakcji nazywane orientacjami tej przestrzeni. Jeżeli $(a_{i})$ jest ustaloną bazą $X,$ to każda baza jest zorientowana zgodnie z nią lub z bazą $-a_{1},a_{2},\dots ,a_{n}.$ Jeżeli $\tau$ jest orientacją $X,$ to jej drugą orientację nazywamy przeciwną względem $\tau$ i oznaczamy $-\tau .$

Parę $(X,\tau ),$ czyli przestrzeń liniową $X$ wraz z ustaloną jej orientacją $\tau$ nazywa się przestrzenią zorientowaną. Orientację przestrzeni $\mathbb {R} ^{n}$ wyznaczoną przez jej bazę kanoniczną określa się jako orientację dodatnią, zaś przeciwną względem niej – orientacją ujemną.

Zobacz też

• powierzchnia zorientowana

Bibliografia

• A. Birkolc, Analiza matematyczna. Funkcje wielu zmiennych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002.