数学中的莫比乌斯带怎么做?
公元1858年,德国数学家莫比乌斯(1790 ~ 1868)和约翰·克里斯汀发现,将一张纸按180扭转而成的纸带圈具有神奇的性质。普通纸带有两个面(即双面曲面),一个正面一个背面,两个面可以涂不同的颜色;但这样的纸带只有一个面(即单边曲面),虫子可以爬满曲面而不越过其边缘。这种纸带叫做莫比乌斯带。(即,它只有一个表面)
拿一张长长的白纸,把一面涂成黑色,然后把一端翻过来,粘成一条莫比乌斯带。用剪刀沿中心剪开纸带。纸带不仅没有一分为二,反而被剪成了两倍长的纸圈。新得到的更长的纸圈本身就是双面的,它的两个边界不是打结的,而是嵌套在一起的。再沿着中心线把纸圈切开,这次真的一分为二,你得到的是两个相互嵌套的纸圈,而原来的两个边界分别包含在两个纸圈里,但是每个纸圈本身并没有打结。
莫比乌斯带有更奇异的特征。一些在飞机上解决不了的问题,在莫比乌斯带上居然解决了。比如普通空间无法实现的“手套易位”问题:人的左右手手套虽然很像,但本质上是不一样的。我们不能把左手的手套正确地戴在右手上;你不能把右手的手套正确地戴在左手上。不管你怎么扭来扭去,左手套永远是左手套,右手套永远是右手套!但是,如果把它移到莫比乌斯带,就好解决了。
自然界中有很多类似于手套的物体。他们有完全相似的对称部位,但一个是左撇子,一个是右撇子。他们之间有很大的不同。
三维Mobius区域可以通过参数方程来创建。
这个方程组可以创建一个边长为1,半径为1的莫比乌斯带,它位于
x-y
曲面,中心为(0,0,0)。参数
u
存在
v
当从一侧移动到另一侧时,缠绕整个皮带。
从拓扑学上讲,莫比乌斯带可以定义为一个矩阵[0,1]×[0,1],当0 ≤ x ≤时,边由(x,0)~(1-x,1)确定
Mobius带是二维紧致流形(即有界曲面),可以嵌入三维或更高维的流形。它是一个无方向性的标准例子,可以看作RP#RP。也是数学中描述纤维束的例子之一。特别地,它是圆S上的非平凡丛,其纤度单位区间为I= [0,1]。只看莫比乌斯带的边,就给出了S上一个非常两点(或Z2)的推导。