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<P>麦比乌斯圈</P>
<DIV class=text_pic style="FLOAT: right; VISIBILITY: visible"><A href="http://imgsrc.baidu.com/baike/pic/item/d478a800c2e97594e950cd0b.jpg" target=_blank><IMG title="" src="http://imgsrc.baidu.com/baike/abpic/item/d478a800c2e97594e950cd0b.jpg"></A></DIV>
<DIV id=lemmaContent>
<DIV class=bpctrl></DIV> <B>麦比乌斯圈是什么:</B><BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 麦比乌斯圈(Möbius strip, Möbius band)是一种单侧、不可定向的<A href="http://baike.baidu.com/view/324917.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>曲面</FONT></A>。因A.F.<A href="http://baike.baidu.com/view/167584.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>麦比乌斯</FONT></A>(August Ferdinand Möbius, 1790-1868)发现而得名。将一个长方形纸条ABCD的一端AB固定,另一端DC扭转半周后,把AB和CD粘合在一起 ,得到的曲面就是麦比乌斯圈,也称麦比乌斯带。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> <B>麦比乌斯圈的发现:</B><BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 数学上流传着这样一个故事:有人曾提出,先用一张长方形的纸条,首尾相粘,做成一个纸圈,然后只允许用一种颜色,在纸圈上的一面涂抹,最后把整个纸圈全部抹成一种颜色,不留下任何空白。这个纸圈应该怎样粘?如果是纸条的首尾相粘做成的纸圈有两个面,势必要涂完一个面再重新涂另一个面,不符合涂抹的要求,能不能做成只有一个面、一条封闭曲线做<A href="http://baike.baidu.com/view/24057.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>边界</FONT></A>的纸圈儿呢?<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 对于这样一个看来十分简单的问题,数百年间,曾有许多<A href="http://baike.baidu.com/view/66827.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>科学家</FONT></A>进行了认真研究,结果都没有成功。后来,<A href="http://baike.baidu.com/view/3762.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>德国</FONT></A>的<A href="http://baike.baidu.com/view/66878.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>数学家</FONT></A>麦比乌斯对此发生了浓厚兴趣,他长时间专心思索、试验,也毫无结果。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 有一天,他被这个问题弄得头昏脑涨了,便到野外去散步。新鲜的空气,清凉的风,使他顿时感到轻松舒适,但他头脑里仍然只有那个尚未找到的圈儿。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 一片片肥大的<A href="http://baike.baidu.com/view/1243.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>玉米</FONT></A>叶子,在他眼里变成了“绿色的纸条儿”,他不由自主地蹲下去,摆弄着、观察着。叶子弯取着耸拉下来,有许多扭成半圆形的,他随便撕下一片,顺着叶子自然扭的方向<A href="http://baike.baidu.com/view/641089.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>对接</FONT></A>成一个圆圈儿,他惊喜地发现,这“绿色的圆圈儿”就是他梦寐以求的那种圈圈。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 麦比乌斯回到办公室,裁出纸条,把纸的一端扭转180°,再将一端的正面和背面粘在一起,这样就做成了只有一个面的纸圈儿。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 圆圈做成后,麦比乌斯捉了一只小<A href="http://baike.baidu.com/view/53900.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>甲虫</FONT></A>,放在上面让它爬。结果,小甲虫不翻越任何边界就爬遍了圆圈儿的所有部分。麦比乌斯圈激动地说:“公正的小甲虫,你无可辩驳地证明了这个圈儿只有一个面。” 麦比乌斯圈就这样被发现了。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> <B>奇妙的麦比乌斯圈:</B><BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 做几个简单的实验,就会发现“麦比乌斯圈”有许多让我们惊奇有趣的结果。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 你弄好一个圈,粘好,绕一圈后可以发现,另一个面的入口被堵住了,原理就是这样啊.<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 如果在裁好的一张纸条正中间画一条线,粘成“麦比乌斯圈”,再沿线剪开,把这个圈<A href="http://baike.baidu.com/view/259697.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>一分为二</FONT></A>,照理应得到两个圈儿,奇怪的是,剪开后竟是一个大圈儿。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 如果在纸条上划两条线,把纸条三<A href="http://baike.baidu.com/view/728704.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>等分</FONT></A>,再粘成“麦比乌斯圈”,用剪刀沿画线剪开,剪刀绕两个圈竟然又回到原出发点,猜一猜,剪开后的结果是什么,是一个大圈?还是三个圈儿?都不是。它究竟是什么呢?你自己动手做这个实验就知道了。你就会惊奇地发现,纸带不一分为二,一大一小的相扣环。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 有趣的是:新得到的这个较长的纸圈,本身却是一个双侧曲面,它的两条边界自身虽不打结,但却相互套在一起。我们可以把上述纸圈,再一次沿中线剪开,这回可真的一分为二了!得到的是两条互相套着的纸圈,而原先的两条边界,则分别包含于两条纸圈之中,只是每条纸圈本身并不打结罢了。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 关于麦比乌斯圈的单侧性,可如下直观地了解,如果给麦比乌斯圈着色,色笔始终沿曲面移动,且不越过它的边界,最后可把麦比乌斯圈两面均涂上颜色 ,即区分不出何是正面,何是反面。对圆柱面则不同,在一侧着色不通过边界不可能对另一侧也着色。单侧性又称不可定向性。以曲面上除边缘外的每一点为<A href="http://baike.baidu.com/view/297302.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>圆心</FONT></A>各画一个小圆,对每个小圆周指定一个方向,称为相伴麦比乌斯圈单侧曲面圆心点的指向,若能使相邻两点相伴的<A href="http://baike.baidu.com/view/734663.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>指向</FONT></A>相同,则称曲面可定向,否则称为不可定向。麦比乌斯圈是不可定向的。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 麦比乌斯圈还有着更为奇异的特性。一些在<A href="http://baike.baidu.com/view/425685.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>平面</FONT></A>上无法解决的问题,却不可思议地在麦比乌斯圈上获得了解决。比如在普通<A href="http://baike.baidu.com/view/31260.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>空间</FONT></A>无法实现的“手套易位问题”:人左右两手的<A href="http://baike.baidu.com/view/93691.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>手套</FONT></A>虽然极为相像,但却有着本质的不同。我们不可能把左手的手套贴切地戴到右手上去;也不能把右手的手套贴切地戴到左手上来。无论你怎么扭来转去,左手套永远是左手套,右手套也永远是右手套。不过,倘若你把它搬到麦比乌斯圈上来,那么解决起来就易如反掌了。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> “手套易位问题”告诉我们:堵塞在一个扭曲了的面上,左、右手系的物体可以通过<A href="http://baike.baidu.com/view/250223.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>扭曲</FONT></A>实现<A href="http://baike.baidu.com/view/708351.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>转换</FONT></A>。让我们展开想象的翅膀,设想我们的空间在宇宙的某个边缘,呈现出麦比乌斯圈式的弯曲。那么,有朝一日,我们的星际宇航员会带着左胸腔的心脏出发,却带着右胸腔的心脏返回地球呢!瞧,麦比乌斯圈是多么的神奇!但是,麦比乌斯圈具有一条非常明显的边界。这似乎是一种美中不足。公元1882年,另一位德国数学家费力克斯•克莱茵(Felix Klein,1849~1925),终于找到了一种<A href="http://baike.baidu.com/view/119423.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>自我封闭</FONT></A>而没有明显边界的模型,后来以他的名字命名为“<A href="http://baike.baidu.com/view/65561.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>克莱因瓶</FONT></A>”。这种怪瓶实际上可以看作是由一对麦比乌斯圈,沿边界粘合而成。<BR>
<DIV class=spctrl></DIV> <B>麦比乌斯圈的应用:</B><BR>
<DIV class=spctrl></DIV> 数学中有一个重要分支叫“<A href="http://baike.baidu.com/view/41881.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>拓扑学</FONT></A>”,主要是研究几何图形连续改变形状时的一些特征和规律的,“麦比乌斯圈”变成了拓扑学中最有趣的单侧面问题之一。麦比乌斯圈的概念被广泛地应用到了<A href="http://baike.baidu.com/view/20960.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>建筑</FONT></A>,<A href="http://baike.baidu.com/view/576.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>艺术</FONT></A>,<A href="http://baike.baidu.com/view/10102.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>工业</FONT></A>生产中。运用麦比乌斯圈原理我们可以建造<A href="http://baike.baidu.com/view/40620.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>立交桥</FONT></A>和<A href="http://baike.baidu.com/view/125492.htm" target=_blank><FONT color=#3366cc>道路</FONT></A>,避免车辆行人的拥堵。 <BR></DIV>
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