莫比烏斯圈又稱麥比烏斯圈(M?bius strip, M?bius band),是一種單側(cè)、不可定向的曲面。因A.F.麥比烏斯(August Ferdinand M?bius, 1790-1868)發(fā)現(xiàn)而得名。將一個(gè)長(zhǎng)方形紙條ABCD的一端AB固定,另一端DC扭轉(zhuǎn)半周后,把AB和CD粘合在一起 ,得到的曲面就是麥比烏斯圈,也稱麥比烏斯帶。
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是莫比烏斯環(huán)吧~~~
公元1858年,德國(guó)數(shù)學(xué)家莫比烏斯(Mobius,1790~1868)發(fā)現(xiàn):把一個(gè)扭轉(zhuǎn)180°后再兩頭粘接起來(lái)的紙條,具有魔術(shù)般的性質(zhì)。
因?yàn)?,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!
我們把這種由莫比烏斯發(fā)現(xiàn)的神奇的單面紙帶,稱為“莫比烏斯帶”。
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,如同上頁(yè)圖那樣粘成一個(gè)莫比烏斯帶。現(xiàn)在像圖中那樣用剪刀沿紙帶的中央把它剪開(kāi)。你就會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn),紙帶不僅沒(méi)有一分為二,反而像圖中那樣剪出一個(gè)兩倍長(zhǎng)的紙圈!
有趣的是: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!為了讓讀者直觀地看到這一不太容易想象出來(lái)的事實(shí),我們可以把上述紙圈,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),倘若自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。
“莫比烏斯帶”在生活和生產(chǎn)中已經(jīng)有了一些用途。例如,用皮帶傳送的動(dòng)力機(jī)械的皮帶就可以做成“莫比烏斯帶”狀,這樣皮帶就不會(huì)只磨損一面了。如果把錄音機(jī)的磁帶做成“莫比烏斯帶”狀,就不存在正反兩面的問(wèn)題了,磁帶就只有一個(gè)面了。
莫比烏斯帶是一種拓?fù)鋱D形,什么是拓?fù)淠??拓?fù)渌芯康氖菐缀螆D形的一些性質(zhì),它們?cè)趫D形被彎曲、拉大、縮小或任意的變形下保持不變,只要在變形過(guò)程中不使原來(lái)不同的點(diǎn)重合為同一個(gè)點(diǎn),又不產(chǎn)生新點(diǎn)。換句話說(shuō),這種變換的條件是:在原來(lái)圖形的點(diǎn)與變換了圖形的點(diǎn)之間存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,并且鄰近的點(diǎn)還是鄰近的點(diǎn)。這樣的變換叫做拓?fù)渥儞Q。拓?fù)溆幸粋€(gè)形象說(shuō)法——橡皮幾何學(xué)。因?yàn)槿绻麍D形都是用橡皮做成的,就能把許多圖形進(jìn)行拓?fù)渥儞Q。例如一個(gè)橡皮圈能變形成一個(gè)圓圈或一個(gè)方圈。但是一個(gè)橡皮圈不能由拓?fù)渥儞Q成為一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字8。因?yàn)椴话讶ι系膬蓚€(gè)點(diǎn)重合在一起,圈就不會(huì)變成8,“莫比烏斯帶”正好滿足了上述要求。
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