莫比乌斯环和克莱因瓶

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疯狂的循环
——Möbius band and Klein bottle
青年问禅师:“大师,我很爱我的女 朋友,但她总有几个缺点让我非常讨厌, 有什么方法能让她改变?” 禅师浅笑答:“方法很简单,不过若 想我教你,你需先下山为我找一张只有正 面没有背面的纸回来。” 青年略一沉吟,掏出一个莫比乌斯环。
走进克莱因瓶
莫比乌斯带和克莱因瓶作为几何图形的性质是 清晰、简单甚至是优美的,几乎所有的数学家、 哲学家和爱好者都对它们的性质着迷,难于理 解这种简单的几何体所表达的神秘性质:两个 面如何又是一个面?一个面如何又是两个面? 其实莫比乌斯带和克莱因瓶是用几何的方法 表现了最深刻的哲学原理。这种西方哲学和几 何学所未能充分了解的神秘性,却在古代中国 思想家和文学家那里得到了充分的领悟。
疯狂的过山车
疯 狂 的 画 作
《画手》
荷兰著名版画家 埃舍尔
疯 狂 的 建 筑
哈 萨 克 斯 坦 新 标 志 性 建 筑 ︓ 全 新 国 家 图 书 馆
这座建筑位于韩国快速发展的济州岛,是一 座建在天堂般环境中的高端住宅
疯 狂 的 日 用 品
这款漂亮的横8字衣架以著名的莫比乌斯环为原型而 设计,没有“尽头”的环带可恰到好处得将袖肩撑 起并保护衣物不被划伤或挂破,不仅是一款相当实 用的产品更堪称一件不可多得的艺术品呢。
如果把克莱因瓶沿着它 的对称线切下去,竟会 得到两个麦比乌斯圈!
就像莫比乌斯环一样,克莱因瓶不可定向。但是 与之不同的是,克莱因瓶是一个闭合的曲面,也 就是说它没有边界。莫比乌斯带可以在三维的欧 几里德空间中嵌入,克莱因瓶只能嵌入四维(或 更高维)空间。
克莱因瓶也一样,是一个事实上处于四维空间 中的曲面。在我们这个三维空间中,即使是最 高明的能工巧匠,也不得不把它做成自身相交 的模样;就好像最高明的画家,在纸上画扭结 的时候也不得不把它们画成自身相交的模样。
它抽象地表达了存在于一切事物之中的绝对性质—— 阴与阳和它们的统一 莫比乌斯带和克莱因瓶也表现了阴阳流变的统一过程, 由此,自然之和谐似乎也让我们窥到冰山一角。
谢谢各位!!
德国有一位数学家 叫莫比乌斯,1858 年,一次偶然的机 会,他发现了这样 一个奇妙的纸圈。 所以,人们就把这 样的纸圈叫莫比乌 斯圈。
莫比乌斯带,它是由一张纸条两端粘接而 成,在粘接前扭转了一下。现在,所得的 纸带已不再具有两面,它只有单面。设想 一只蜘蛛开始沿着莫比乌斯带爬,那么它 能够爬遍整条带子而无须跨越带的边缘.
莫比乌斯环的神奇之处
开启实验模式~!
神奇之处1—— 莫比乌斯环只存在一个面。
二、如果沿着莫比乌斯环的中间剪开,将 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份,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。
回文诗
赏花归去马如飞, 去马如飞酒力微。 酒力微醒时已暮, 醒时已暮赏花归。
从前有座山,山上有座庙, 庙里有个老和尚, 老和尚给小和尚讲故事, 讲的是:…
如果我们把莫比乌斯带和克莱因瓶进一步进行抽 象综合,即去掉它们的空间性质,我们可以得到 一个更加抽象的思想图式,它就是中国的太极图 (有研究表明把莫比乌斯带投影下来就是太极图)。
只见青年沉吟半晌,默默地 画了一个克莱因瓶。(解释: 克莱因瓶没有“内部”和 “外部”之分)
在1882年,著名数学家菲利克斯·克莱因 (Felix Klein) 发现了后来以他的名字命名的 著名“瓶子”。 这是一个象球面那样封闭的(也就是说没有 边)曲面,但是它却只有一个面。 在图片上我们看到,克莱因瓶的确就象是一 个瓶子。但是它没有瓶底,它的瓶颈被拉长, 然后似乎是穿过了瓶壁,最后瓶颈和瓶底圈 连在了一起。 是指一种无定向性的平面,比如2维平面, 就没有“内部”和“外部” 之分。
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。
耳听为虚,眼见为实!!
青年再问禅师:“我的头脑被这 种繁杂的世俗所装满,如何是好?” 禅师说:“你画一个瓶子,它总 有一个尽头。你不把它里面的东西倒 出来,怎么装新的进去?” 青年凝视着老禅师,若有所思, 似乎悟出了些什么~~
莫比乌斯带参数方程Fra Baidu bibliotek
v u x u, v 1 cos cos u 2 2 v u y u, v 1 cos sin u 2 2 v u z u, v sin 2 2 0≤u≤2 , 1 ≤v≤ 1
莫比乌斯环与艺术设计
如果往里头注水,那么水恰从同一个洞 里溢出.
度假别墅模仿克莱因结构,岂不 是实现了内部的完全开放?
克莱因瓶的参数方程:
克莱因瓶的神奇之处
克莱因瓶的结构非常简单,一个瓶子底 部有一个洞,现在延长瓶子的颈部,并 且扭曲地进入瓶子内部,然后和底部的 洞相连接。和我们平时用来喝水的杯子 不一样,这个物体没有“边”,它的表 面不会终结。它也不类似于气球 ,一只 苍蝇可以从瓶子的内部直接飞到外部而 不用穿过表面(所以说它没有内外部之 分)。
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