本帖最后由 hbghlyj 于 2022-11-2 01:55 编辑 When is a mobius transformation its own inverse?
Involutory matrix
设分式线性函数的矩阵表示为$A∈\text{PGL}(2,\Bbb C)$[因相差常数倍的两个矩阵对应的函数相同], 则$A=kA^{-1}⇔A^2=kI$, 乘常数$\sqrt{\abs k}$就可以有$A^2=±I$, 推出$x^2±1$为$A$的零化多项式,所以$A$的极小多项式为$x±1$或$x±i$或$x^2±1$.
Case 1. $A$的极小多项式为$x±1$或$x±i$. 即$A∼±I$或$A∼±iI$. 这四种都对应于函数$y=x$.
Case 2. $A$的极小多项式为$x^2-1$. 即$A∼\pmatrix{1&0\\0&-1}$.
经过一些计算,当$A_{11}=0$时, 因为$\operatorname{tr}A=0$有$A_{22}=0$, 故$A$对应于函数$y=\frac{A_{12}}{A_{21}x}$. 由$\det A=-1$得$A_{12}A_{21}=1$, 故$A$对应于函数$y=\frac1x$.
当$A_{11}\ne0$时, 因为相差常数倍的两个矩阵对应的函数相同, 令$A_{11}=1$, 因为$\operatorname{tr}A=0$有$A_{22}=-1$, 故$A$对应于函数$y=\frac{x+A_{12}}{A_{21}x-1}$. 由$\det A=-1$得$A_{12}A_{21}=0$. 若$A_{12}=0$, 对应的函数为$y=\frac{x}{cx-1},c\in\Bbb C$; 若$A_{21}=0$, 对应的函数为$y=c-x,c\in\Bbb C$. 得到$A$对应于函数$y=\frac1x$或$y=\frac{x}{cx-1},c\in\Bbb C$或$y=c-x,c\in\Bbb C$.
Case 3. $A$的极小多项式为$x^2+1$. 即$A∼\pmatrix{0&1\\-1&0}$.
经过一些计算,当$A_{11}=0$时, 因为$\operatorname{tr}A=0$有$A_{22}=0$, 故$A$对应于函数$y=\frac{A_{12}}{A_{21}x}$. 由$\det A=1$得$A_{12}A_{21}=-1$, 故$A$对应于函数$y=-\frac1x$.
当$A_{11}\ne0$时, 因相差常数倍的两个矩阵对应的函数相同, 令$A_{11}=1$, 因为$\operatorname{tr}A=0$有$A_{22}=-1$, 故$A$对应于函数$y=\frac{x+A_{12}}{A_{21}x-1}$. 由$\det A=1$得$A_{12}A_{21}=-2$. 对应的函数为$\frac{x-2/c}{cx-1},c\in\Bbb C$. 得到$A$对应于函数$y=-\frac1x$或$y=\frac{x-2/c}{cx-1},c\in\Bbb C$. |