拓?fù)鋵W(xué)和幾何學(xué)模型
可以用參數(shù)方程式創(chuàng)造出立體莫比烏斯帶。
這個(gè)方程組可以創(chuàng)造一個(gè)邊長(zhǎng)為1半徑為1的莫比烏斯帶,所處位置為x-y面,中心為(0,0,0)。參數(shù)u在v從一個(gè)邊移動(dòng)到另一邊的時(shí)候環(huán)繞整個(gè)帶子。
從拓?fù)鋵W(xué)上來(lái)講,莫比烏斯帶可以定義為矩陣[0,1]×[0,1],邊由在莫比烏斯帶的參數(shù)方程0≤x≤1的時(shí)候(x,0)~(1-x,1)決定。
莫比烏斯帶是一個(gè)二維的緊致流形(即一個(gè)有邊界的面),可以嵌入到三維或更高維的流形中。它是一個(gè)不可定向的的標(biāo)準(zhǔn)范例,可以看作RP#RP。
同時(shí)也是數(shù)學(xué)上描繪纖維叢的例子之一。特別地,它是一個(gè)有一纖維單位區(qū)間,I= [0,1]的圓S上的非平凡叢。僅從莫比烏斯帶的邊緣看去給出S上一個(gè)非平凡的兩個(gè)點(diǎn)(或Z2)的從。
相似物:在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中,克萊因瓶(Klein Bottle)是指一種無(wú)定向性的平面,比如2維平面,就沒(méi)有“內(nèi)部”和“外部”之分??巳R因瓶最初的概念是由德國(guó)數(shù)學(xué)家菲利克斯·克萊因提出的。
克萊因瓶和莫比烏斯帶非常相像??巳R因瓶的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,一個(gè)瓶子底部有一個(gè)洞,現(xiàn)在延長(zhǎng)瓶子的頸部,并且扭曲地進(jìn)入瓶子內(nèi)部,然后和底部的洞相連接。
和我們平時(shí)用來(lái)喝水的杯子不一樣,這個(gè)物體沒(méi)有“邊”,它的表面不會(huì)終結(jié)。它也不類似于氣球?,一只蒼蠅可以從瓶子的內(nèi)部直接飛到外部而不用穿過(guò)表面(所以說(shuō)它沒(méi)有內(nèi)外部之分)。
擴(kuò)展資料:
公元1858年,德國(guó)數(shù)學(xué)家莫比烏斯(Mobius,1790~1868)和約翰·李斯丁發(fā)現(xiàn):把一根紙條扭轉(zhuǎn)180°后,兩頭再粘接起來(lái)做成的紙帶圈,具有魔術(shù)般的性質(zhì)。
普通紙帶具有兩個(gè)面(即雙側(cè)曲面),一個(gè)正面,一個(gè)反面,兩個(gè)面可以涂成不同的顏色;而這樣的紙帶只有一個(gè)面(即單側(cè)曲面),一只小蟲(chóng)可以爬遍整個(gè)曲面而不必跨過(guò)它的邊緣。這種紙帶被稱為“莫比烏斯帶”(也就是說(shuō),它的曲面只有一個(gè))。
拿一張白的長(zhǎng)紙條,把一面涂成黑色,然后把其中一端翻一個(gè)身,粘成一個(gè)莫比烏斯帶。用剪刀沿紙帶的中央把它剪開(kāi)。紙帶不僅沒(méi)有一分為二,反而剪出一個(gè)兩倍長(zhǎng)的紙圈。
新得到的這個(gè)較長(zhǎng)的紙圈,本身卻是一個(gè)雙側(cè)曲面,它的兩條邊界自身雖不打結(jié),但卻相互套在一起。把上述紙圈,再一次沿中線剪開(kāi),這回可真的一分為二了,得到的是兩條互相套著的紙圈,而原先的兩條邊界,則分別包含于兩條紙圈之中,只是每條紙圈本身并不打結(jié)罷了。
莫比烏斯帶還有更為奇異的特性。一些在平面上無(wú)法解決的問(wèn)題,卻不可思議地在莫比烏斯帶上獲得了解決。
比如在普通空間無(wú)法實(shí)現(xiàn)的手套易位問(wèn)題:人左右兩手的手套雖然極為相像,但卻有著本質(zhì)的不同。我們不可能把左手的手套貼切地戴到右手上去;也不能把右手的手套貼切地戴到左手上來(lái)。
無(wú)論你怎么扭來(lái)轉(zhuǎn)去,左手套永遠(yuǎn)是左手套,右手套也永遠(yuǎn)是右手套!不過(guò),倘若你把它搬到莫比烏斯帶上來(lái),那么解決起來(lái)就易如反掌了。
在自然界有許多物體也類似于手套那樣,它們本身具備完全相像的對(duì)稱部分,但一個(gè)是左手系的,另一個(gè)是右手系的,它們之間有著極大的不同。
參考資料:百度百科-莫比烏斯帶
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