Mobius Strips:如此简单,很难理解

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Möbius条既简单又神秘。Dimitri Otis/Getty图像

其他外观对象的数学可能令人困惑。可能没有比莫比乌斯脱带更大的例子了。

这是一个单方面的对象,可以通过简单地扭动一张纸并用一些胶带将末端连接起来来制作。如果您要用手指跟随循环,最终您最终会回到开始的位置,并在旅途中触摸了整个环的表面。这个简单的创作,即莫比乌斯(MöbiusStrip),是整个拓扑领域的基础,它是各种数学原理的典型例子。

这些原则之一是非方向性,这是数学家无法将坐标分配给对象的坐标,例如向上或向下或一边。该原则有一些有趣的结果,因为科学家不确定宇宙是否可以定位。

这构成了一个令人困惑的场景:如果带有宇航员的火箭飞到太空足够长的时间,然后返回,假设宇宙是不可定向的,那么船上的所有宇航员都可能会倒回去。

换句话说,宇航员将以自己以前的自我的镜像形象返回,完全翻转。他们的心会在右边而不是左边,可能是左撇子而不是右手。如果一名宇航员在飞行前失去了右腿,返回后,宇航员将失去左腿。当您穿越不可定向的表面(如Möbius条)时,就会发生这种情况。

虽然希望您的思想被吹走了 - 至少只是微微 - 我们需要退后一步。什么是möbius带,如何通过简单地扭动一张纸来制作如此复杂的数学对象?

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MöbiusStrip的历史

MöbiusStrip(有时写为“ Mobius Strip”)是第一个发现于1858年由一位名叫AugustMöbius的德国数学家在研究几何理论时。尽管Möbius在很大程度上被认为是发现的(因此,脱衣舞的名称),但几乎是由名为Johann Listing的数学家同时发现的。但是,他坚持出版自己的作品,并被奥古斯·莫比乌斯(AugustMöbius)殴打。

脱衣舞本身被定义为仅仅是通过向频段添加半扭的单侧不可方向的表面。Möbius条可以是任何具有奇数半胜数的乐队,最终导致条带仅具有一侧,因此是一个边缘。

自从发现以来,单方面的地带一直对艺术家和数学家着迷。脱衣舞甚至迷恋M.C.埃舍尔,导致他的著名作品,“MöbiusStrip I&ii”

Möbius条的发现也是形成田地的基础数学拓扑,对物体保持不变的几何特性的研究已变形或拉伸。拓扑对于数学和物理的某些领域至关重要,例如微分方程和弦理论。

例如,在地形原理下,杯子实际上是甜甜圈数学家和艺术家亨利·塞格曼(Henry Segerman)在YouTube视频中最好地解释它:“如果您拿咖啡杯,您可以在咖啡去的地方不明显,您可以将手柄挤出一点,最终您可以将其变形为对称的圆形甜甜圈形状。”(这就解释了一个笑话,拓扑师是一个看不见甜甜圈和咖啡杯之间区别的人。)

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Mobius Strip的实际用途

Möbius带不仅仅是出色的数学理论:它具有一些很酷的实际应用,无论是对更复杂的对象还是机械的教学辅助。

例如,由于Möbius条在物理上是单方面的,因此使用传送带中的Möbius条和其他应用确保皮带本身在其一生中不会磨损不均匀。澳大利亚新南威尔士大学数学学院的NJ Wildberger副教授,澳大利亚在讲座系列中解释通常在机器中的驾驶皮带上添加了扭曲,“故意将皮带均匀地戴在两侧。”莫比乌斯(Möbius)脱衣舞院也可以在建筑中看到,例如中国的乌查奇桥。

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人们在中国四川省的莫比乌斯大道(MöbiusStrip)原理上行走,该桥的设计。
张朗/中国新闻服务通过盖蒂图像

爱德华英语Jr博士。曲折。

他说:“我认为这两个'国家'的概念对我有帮助,我认为,当我遇到电子的上/向上旋转时,”他指的是他的博士学位。学习。“各种量子力学思想并不是我接受和理解的奇怪概念,因为莫比乌斯·斯特(MöbiusStrip)向我介绍了这种可能性。”对于许多人来说,莫比乌斯脱衣舞都可以作为复杂几何学的第一个介绍和数学。

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您如何创建Möbius条?

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制作莫比乌斯条很容易。
Trevor英语

创建Möbius带非常容易。只需拿一张纸并将其切成细条,例如一英寸或2宽(2.5-5厘米)。一旦切开条切,只需扭转180度或一半扭曲的末端之一即可。然后,拿起一些胶带并将其连接到另一端,形成一个内部有一半扭曲的戒指。您现在留下了Möbius条!

您可以通过手指和沿条带的侧面抓住手指并遵循这种形状的原理。最终,您将一直围绕形状制成,并找到手指的起点。

如果您将Möbius带沿其全长切下中间,则剩下一个较大的环路,其中有四个半冠。这会使您的圆形形状扭曲,但仍然有两个侧面。英语博士提到的这是这种二元性,帮助他了解了更复杂的原则。

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