理论门
莫比乌斯带
莫比乌斯带(Möbius strip或者Möbius band),又译梅比斯环或麦比乌斯带,是一种拓扑学结构,它只有一个面(表面),和一个边界。它是由德国数学家、天文学家莫比乌斯(August Ferdinand Möbius)和约翰·李斯丁(Johhan Benedict Listing)在1858年独立发现的。这个结构可以用一个纸带旋转半圈再把两端粘上之后轻而易举地制作出来。事实上有两种不同的莫比乌斯带镜像,他们相互对称。如果把纸带顺时针旋转再粘贴,就会形成一个右手性的莫比乌斯带,反之亦类似。
莫比乌斯带本身具有很多奇妙的性质。如果从中间剪开一个莫比乌斯带,不会得到两个窄的带子,而是会形成一个把纸带的端头扭转了两次再结合的环(并不是莫比乌斯带),再把刚刚做出那个把纸带的端头扭转了两次再结合的环从中间剪开,则变成两个环。如果你把带子的宽度分为三分,并沿着分割线剪开的话,会得到两个环,一个是窄一些的莫比乌斯带,另一个则是一个旋转了两次再结合的环。另外一个有趣的特性是将纸带旋转多次再粘贴末端而产生的。比如旋转三个半圈的带子再剪开后会形成一个三叶结。剪开带子之后再进行旋转,然后重新粘贴则会变成数个Paradromic。
莫比乌斯带常被认为是无穷大符号“∞”的创意来源,因为如果某个人站在一个巨大的莫比乌斯带的表面上沿着他能看到的“路”一直走下去,他就永远不会停下来。但是这是一个不真实的传闻,因为“∞”的发明比莫比乌斯带还要早。
在日本漫画《哆啦A梦》中,哆啦A梦有个道具的外观就是莫比乌斯带;在故事中,只要将这个环套在门把上,则外面的人进来之后,看到的依然是外面。
三叶结
在纽结理论中,三叶结(trefoil knot)是一种最简单的结。可以用交叉结连接两个末端而达成。这是一种有3个交叉的结。它可以描述为 (2,3)-环面纽结。
三叶结有两个版本,它们互成镜像,彼此不相同痕。
用数学模型建立三叶结可以这样做:设定 ,条件为 和 。
克莱因瓶
如果麦比乌斯带能够完美的展现一个“二维空间中一维可无限扩展之空间模型”的话,克莱因瓶只能作为展现一个“三维空间中二维可无限扩展之空间模型”的参考。因为在制作麦比乌斯带的过程中,我们要对纸带进行180度翻转再首尾相连,这就是一个三维空间下的操作。理想的“三维空间中二维可无限扩展之空间模型”应该是在二维面中,朝任意方向前进都可以回到原点的模型,而克莱因瓶虽然在二维面上可以向任意方向无限前进,但是只有在两个特定的方向上才会回到原点,并且只有在其中一个方向上,回到原点之前会经过一个“逆向原点”,真正理想的“三维空间中二维可无限扩展之空间模型”也应该是在二维面上朝任何方向前进,都会先经过一次“逆向原点”,再回到原点。而制作这个模型,则需要在四维空间上对三维模型进行扭曲。数学中有一个重要分支叫“拓扑学”,主要是研究几何图形连续改变形状时的一些特征和规律的,克莱因瓶和麦比乌斯带变成了拓扑学中最有趣的问题之一。麦比乌斯带的概念被广泛地应用到了建筑,艺术,工业生产中。
克莱因瓶在三维空间中是不可能的,如果非要在三维中要做到完美的克莱因瓶,那它穿过自己的那段就是一个“虫洞”,而加上这个连接瓶颈和瓶底的虫洞,那它就成四维的了,所以说克莱因瓶是不可能在三维中实现的。
莫比乌斯带(Möbius strip或者Möbius band),又译梅比斯环或麦比乌斯带,是一种拓扑学结构,它只有一个面(表面),和一个边界。它是由德国数学家、天文学家莫比乌斯(August Ferdinand Möbius)和约翰·李斯丁(Johhan Benedict Listing)在1858年独立发现的。这个结构可以用一个纸带旋转半圈再把两端粘上之后轻而易举地制作出来。事实上有两种不同的莫比乌斯带镜像,他们相互对称。如果把纸带顺时针旋转再粘贴,就会形成一个右手性的莫比乌斯带,反之亦类似。
莫比乌斯带本身具有很多奇妙的性质。如果从中间剪开一个莫比乌斯带,不会得到两个窄的带子,而是会形成一个把纸带的端头扭转了两次再结合的环(并不是莫比乌斯带),再把刚刚做出那个把纸带的端头扭转了两次再结合的环从中间剪开,则变成两个环。如果你把带子的宽度分为三分,并沿着分割线剪开的话,会得到两个环,一个是窄一些的莫比乌斯带,另一个则是一个旋转了两次再结合的环。另外一个有趣的特性是将纸带旋转多次再粘贴末端而产生的。比如旋转三个半圈的带子再剪开后会形成一个三叶结。剪开带子之后再进行旋转,然后重新粘贴则会变成数个Paradromic。
莫比乌斯带常被认为是无穷大符号“∞”的创意来源,因为如果某个人站在一个巨大的莫比乌斯带的表面上沿着他能看到的“路”一直走下去,他就永远不会停下来。但是这是一个不真实的传闻,因为“∞”的发明比莫比乌斯带还要早。
在日本漫画《哆啦A梦》中,哆啦A梦有个道具的外观就是莫比乌斯带;在故事中,只要将这个环套在门把上,则外面的人进来之后,看到的依然是外面。
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三叶结
在纽结理论中,三叶结(trefoil knot)是一种最简单的结。可以用交叉结连接两个末端而达成。这是一种有3个交叉的结。它可以描述为 (2,3)-环面纽结。
三叶结有两个版本,它们互成镜像,彼此不相同痕。
用数学模型建立三叶结可以这样做:设定 ,条件为 和 。
克莱因瓶
如果麦比乌斯带能够完美的展现一个“二维空间中一维可无限扩展之空间模型”的话,克莱因瓶只能作为展现一个“三维空间中二维可无限扩展之空间模型”的参考。因为在制作麦比乌斯带的过程中,我们要对纸带进行180度翻转再首尾相连,这就是一个三维空间下的操作。理想的“三维空间中二维可无限扩展之空间模型”应该是在二维面中,朝任意方向前进都可以回到原点的模型,而克莱因瓶虽然在二维面上可以向任意方向无限前进,但是只有在两个特定的方向上才会回到原点,并且只有在其中一个方向上,回到原点之前会经过一个“逆向原点”,真正理想的“三维空间中二维可无限扩展之空间模型”也应该是在二维面上朝任何方向前进,都会先经过一次“逆向原点”,再回到原点。而制作这个模型,则需要在四维空间上对三维模型进行扭曲。数学中有一个重要分支叫“拓扑学”,主要是研究几何图形连续改变形状时的一些特征和规律的,克莱因瓶和麦比乌斯带变成了拓扑学中最有趣的问题之一。麦比乌斯带的概念被广泛地应用到了建筑,艺术,工业生产中。
克莱因瓶在三维空间中是不可能的,如果非要在三维中要做到完美的克莱因瓶,那它穿过自己的那段就是一个“虫洞”,而加上这个连接瓶颈和瓶底的虫洞,那它就成四维的了,所以说克莱因瓶是不可能在三维中实现的。
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糯米 转发了这篇日记 2012-07-04 10:46:32