Лист Мёбиуса, описание и свойства
Лист Мёбиуса как топологический объект, простейшая односторонняя поверхность с краем, прародитель символа бесконечности. Его свойства, геометрическое и параметрическое описание. Лист Мёбиуса в скульптурах, графическом искусстве, технических изобретениях.
| Рубрика | Математика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.11.2014 |
| Размер файла | 115,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лист Мёбиуса -- топологический объект, простейшая односторонняя поверхность с краем. Попасть из одной точки этой поверхности в любую другую можно, не пересекая края. Лента Мёбиуса была обнаружена независимо немецкими математиками Августом Фердинандом Мёбиусом и Иоганном Бенедиктом Листингом в 1858г. Модель ленты Мёбиуса может легко быть сделана. Для этого надо взять бумажную полоску и соединить концы полоски, предварительно перевернув один из них. В евклидовом пространстве существуют два типа полос Мёбиуса в зависимости от направления закручивания: правые и левые. Лист Мёбиуса поэтому хирален.
Лист Мёбиуса иногда называют прародителем символа бесконечности , т.к. находясь на поверхности ленты Мёбиуса, можно было бы идти по ней вечно. Это не соответствует действительности, так как символ использовался для обозначения бесконечности в течение двух столетий до открытия ленты Мёбиуса.
Свойства лист мёбиус геометрический параметрический
Лента Мёбиуса обладает любопытными свойствами. Если попробовать разделить ленту пополам, разрезая её посередине по линии, параллельной краю, то вместо двух лент получится одна длинная лента с двумя полуоборотами (не лента Мёбиуса). Если теперь эту ленту разрезать посередине, то получаются две ленты намотаные друг на друга. Если же разрезать ленту Мёбиуса, отступая от края приблизительно на треть её ширины, то получаются две ленты, одна -- более тонкая лента Мёбиуса, другая -- длинная лента с двумя полуоборотами (не лента Мёбиуса). Другие интересные комбинации лент могут быть получены из лент Мёбиуса с двумя или более полуоборотами в них. Например если разрезать ленту с тремя полуоборотами, то получится лента, завитая в узел трилистника. Разрез ленты Мёбиуса с дополнительными оборотами даёт неожиданные фигуры, названные парадромными кольцами.
Геометрия и топология
Параметрическое описание листа Мёбиуса
Чтобы превратить квадрат в лист Мёбиуса, соедините края, помеченные A так, чтобы направления стрелок совпали.
Одним из способов представления листа Мёбиуса как подмножества R 3 является параметризация:
где и . Эти формулы задают ленту Мёбиуса ширины 1, чей центральный круг имеет радиус 1, лежит в плоскости x-y с центром в (0,0,0). Параметр u пробегает вдоль ленты, в то время как v задает расстояние от края.
В цилиндрических координатах (r, и, z), неограниченная версия листа Мёбиуса может быть представлена уравнением:
Топологически лист Мёбиус может быть определен как квадрат [0,1]Ч[0,1] с верхней и нижней сторонами заданными отношением (x,0) ~ (1-x,1) для 0 ? x ? 1.
Лист Мёбиуса -- двумерное компактное множество (то есть поверхность) с границей. Это стандартный пример поверхности, которая не ориентируема. Лист Мёбиуса -- это также стандартный пример, используемый, чтобы проиллюстрировать математическое понятие пучок волокон. А именно, это -- нетривиальная связка по кругу S1 с волокном в виде единичного интервала, l = [0,1]. При просмотре с края ленты Мёбиуса видны две нетривиальные точки (или Z2) связанные по S1.
Подобные объекты
Близким «странным» геометрическим объектом является бутылка Клейна. Бутылка Клейна может быть получена путем склеивания двух лент Мёбиуса по краям. В обычном трехмерном евклидовом пространстве сделать это, не создавая самопересечения, невозможно.
Другое похожее множество -- вещественная проективная плоскость. Если проколоть отверстие в вещественной проективной плоскости, тогда то что останется будет листом Мёбиуса. С другой стороны, если приклеить диск к ленте Мёбиуса, совмещая их границы, то результатом будет проективная плоскость. Чтобы визуализировать это, полезно деформировать ленту Мёбиуса так, чтобы ее граница стала обычным кругом. Такую фигуру называют «пересеченная крышка» (пересеченная крышка может также означать ту же фигуру с приклееным диском, то есть погружение проективной плоскости в R3).
Существует распространённое заблуждение, что пересеченная крышка не может быть сформирована в трёх измерениях без самопересекающейся поверхности. На самом деле возможно поместить ленту Мёбиуса в R3 с границей, являющейся идеальным кругом. Идея состоит в следующем -- пусть C будет единичным кругом в плоскости xy в R3. Соединив антиподные точки наC, то есть, точки под углами и и и + р дугой круга, получим, что для и между 0 и р / 2 дуги лежат выше плоскости xy, а для других и ниже (причём в двух местах дуги лежат в плоскости xy).
Можно заметить, что если диск приклеивается к граничной окружности, то самопересечение получающейся проективной плоскости неизбежно в трехмерном пространстве. В терминах задания сторон квадрата, как было показано выше, вещественная проективная плоскость получается склеиванием двух оставшихся сторон с 'сохранением' ориентации.
Искусство и технология
Лист Мёбиуса служил вдохновлением для скульптур и для графического искусства. Мауриц Эшер был одним из художников, кто особенно любил его и посвятил несколько своих литографийэтому математическому объекту. Одна из известных -- лист Мёбиуса II, показывает муравьёв, ползающих по поверхности ленты Мёбиуса.
Лист Мёбиуса также постоянно встречается в научной фантастике, напр. в рассказе Артура Кларка Стена Темноты. Иногда научно-фантастические рассказы предполагают, что нашавселенная может быть некоторым обобщенным листом Мёбиуса. В рассказе «Лист Мёбиуса» автора А. Дж. Дейча, бостонское метро строит новую линию, маршрут которой становится настолько запутанным, что превращается в ленту Мёбиуса, после чего на этой линии начинают исчезать поезда.
Существовали технические применения ленты Мёбиуса. Полоса ленточного конвейера выполнялась в виде ленты Мёбиуса, что позволяло ему работать дольше, потому что вся поверхность ленты равномерно изнашивалась. Также в системах записи на непрерывную плёнку применялись ленты Мёбиуса (чтобы удвоить время записи).
Устройство под названием резистор Мёбиуса -- это недавно изобретенный электронный элемент, который не имеет собственной индуктивности. Никола Тесла запатентовал подобное устройство в начале 1900-ых, патент US#512,340. Катушка для Электро-Магнитов предназначалась для использования с его системе глобальной передачи электричества без проводов.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Лист (лента) Мёбиуса как топологический объект, простейшая неориентируемая поверхность с краем, односторонняя в обычном трёхмерном евклидовом пространстве. История возникновения ленты Мёбиуса, её свойства, применение в геометрии и в повседневной жизни.
реферат [5,1 M], добавлен 03.12.2014Особенности и свойства односторонней поверхности; непрерывно зависящая от точки нормаль, свойство нормального вектора возвращаться в исходную точку с противоположным вектором. Лента Мёбиуса - односторонняя поверхность с краем, особенности бутылки Клейна.
презентация [1,4 M], добавлен 12.02.2012История открытия Лейпцигским профессором листа Мебиуса, его удивительные свойства: имеет всего одну сторону, не связанную с положением в пространстве, понятием расстояния и угла. Техническое применение ленты и ее описание в фантастических рассказах.
реферат [2,3 M], добавлен 27.12.2010Понятие и свойства плоских кривых, история их исследований, способы их образования, разновидности и свойства нормали. Методы построения некоторых видов кривых, называемых "Декартов лист", лемнискаты Бернулли, улитки Паскаля, строфоиды, циссоиды Диокла.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 29.03.2011Краткая история изучения циклоиды. Геометрическое определение, свойства и особенности построения циклоиды. Параметрическое уравнение циклоиды и уравнение в декартовых координатах. Задачи на нахождение частей циклоиды и фигур, образованных циклоидой.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 16.01.2011Суть поверхневих інтегралів першого роду, які є узагальненням подвійних інтегралів. Лист Мебіуса, як приклад односторонньої поверхні. Формула Остроградського-Гаусса, яка встановлює зв'язок між поверхневим інтегралом по замкненій поверхні. Формула Стокса.
реферат [634,6 K], добавлен 16.03.2011Понятие отражательной и вращательной осевых симметрий в евклидовой геометрии и в естественных науках. Примеры осевой симметрии - бабочка, снежинка, Эйфелева башня, дворцы, лист крапивы. Зеркальное отражение, радиальная, аксиальная и лучевая симметрии.
презентация [447,3 K], добавлен 17.12.2013Замечательные линии 3-го порядка: Декартов лист, циссоида Диоклеса, строфрида, верзьера Аньези. Линии четвертого и высших порядков и некоторые трансцендентные линии: спираль Архимеда, кривая кратчайшего спуска. Площадь области, ограниченной лемнискатой.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.08.2015История развития учения о линиях. Замечательные линии третьего порядка: Декартов лист, циссоида Диоклеса, строфрида, верзьера Аньези. Линии четвертого и высших порядков и некоторые трансцендентные линии: спираль Архимеда, кривая кратчайшего спуска.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 12.06.2011Математическое понятие кривой. Общее уравнение кривой второго порядка. Уравнения окружности, эллипса, гиперболы и параболы. Оси симметрии гиперболы. Исследование формы параболы. Кривые третьего и четвертого порядка. Анъези локон, декартов лист.
дипломная работа [877,9 K], добавлен 14.10.2011Отрезки, соединяющие вершину пирамиды с вершинами основания. Поверхность пирамиды, основание и боковые грани. Определение высоты пирамиды. Произвольные, усеченные и правильные пирамиды. Нахождение боковой поверхности правильной пирамиды и ее объема.
презентация [726,6 K], добавлен 08.06.2011Описание сущности функции, которая была введена немецким математиком П.В. Дирихле как пример функции, свободной от аналитического задания значения. Характеристика и описание ряда ее свойств и области определения методами математического анализа.
курсовая работа [44,8 K], добавлен 23.11.2011Виды точек регулярной поверхности. Удельная кривизна выпуклой поверхности. Сфера как единственная овальная поверхность постоянной средней кривизны. Основные понятия и свойства седловых поверхностей. Неограниченность седловых трубок и проблема Плато.
лабораторная работа [1,6 M], добавлен 29.10.2014Понятие и свойства многогранников. Геометрическое моделирование как неотъемлемая часть современного математического образования. Применение изображений пространственных фигур в преподавании геометрии, роль наглядных средств при изучении многогранников.
дипломная работа [4,7 M], добавлен 28.10.2012Понятие и признаки метрического пространства. Свойства топологических пространств. Замкнутые множества: внутренние, внешние и граничные точки. Топологические преобразования топологических пространств. Понятие и содержание двумерного многообразия.
курсовая работа [481,4 K], добавлен 28.04.2011Свойства и численное значение площади геометрической фигуры. Вычисление площади квадрата, прямоугольника, трапеции, и треугольника. Измерение отрезков. Значение и область применения теоремы Пифагора. Алгебраическое и геометрическое доказательства Евклида.
презентация [267,8 K], добавлен 04.09.2014Геометрическое представление комплексных чисел, алгебраическая и тригонометрическая формы. Свойства арифметических операций над комплексными числами: правила сложения (вычитания) их радиус-векторов, произведение (частное) модуля числа; формула Муавра.
презентация [147,4 K], добавлен 17.09.2013Значение и применение комбинаторики. Решение и геометрическое представление комбинаторной задачи "очередь в кассу". Применение метода подсчёта ломаных, определение свойства числа сочетаний. Блуждания по бесконечной плоскости в четырёх направлениях.
курсовая работа [262,5 K], добавлен 05.12.2012Выпуклые многогранники, теорема Эйлера. Свойства выпуклых многогранников. Определение правильного многогранника. Понятие полуправильных многогранников. Свойства ромбокубооктаэдра, кубооктаэдра, тетраэдра, октаэдра, икосаэдра, додекаэдра и куба.
методичка [638,2 K], добавлен 30.04.2012Понятие числовых функций с областью определения, аргумент и области их значений, свойства и графическое выражение. Определение четных и нечетных функций, периодичность тригонометрических функций. Свойства, используемые при построении их графиков.
презентация [22,9 K], добавлен 13.12.2011
