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数学

 求是1025 2023-03-26 发布于山东

数学远不止普通的代数和几何这么简单。许多复杂的自然现象都能够进入数学家的研究视野。比如混沌数学和拓扑数学,已经远远超出了传统数学的范畴。它启发我们,还有许多未知的世界等着我们去探索,去发现。换一个角度来理解,数学也和物理学、天文学等一样,是一门需要不断探索的学问。

拓扑

拓扑是一门新兴的数学分支学科。虽然它的部分思想可以追溯到18世纪的大数学家欧拉和高斯,但其真正的发展道路,却直到19世纪末才由H.庞加莱等人开拓出来。一个世纪以来,拓扑思想已经渗透到数学的大多数领域,更不用说它与现代物理学的深刻联系了。简单地说,拓扑学就是研究有形的物体在连续变换下,怎样还能保持性质不变,例如要分开两个互相套着的圆环,常规的思维是切开再粘连,而拓扑学会告诉你不用切开的分环办法,试一试吧。

解连环套解连环套

分形几何

雪花的形状是什么样呢?也许有人会说是六角形的。这个回答不错,但又不全对。1904年,瑞典的数学家科赫提出了一个用图描述雪花的方法。从描述雪花的图中我们可以看到,雪花的每一部分经过放大,都可以与它的整体一模一样。20世纪70年代,美国的计算机专家曼德布罗特创立了一门新的学科,称分形几何,它是专门研究像雪花这样的不规则曲线图形的。

用等边三角形来做雪花的形状:先画一个等边三角形,再做三个小等边三角形,让小三角形的边长为原来三角形边长的三分之一。把小等边三角形,分别放在原来三角形的三条边上,由此得到一个六角星。按上面的方法再选取小三角形放在六角星的边上。如此进行下去,就得到雪花的形状了。

分形几何分形几何

麦比乌斯圈

19世纪中叶,德国数学家麦比乌斯发现:将一条长纸带扭转180°后,再把两端粘合起来,这时出现了许多有趣的现象。用一支铅笔,不离纸地连续画下去,可以经过纸带的两面而回到起点。这就证明了,有两个面的纸带变成了只有一个侧面的圆圈。后来人们把这个圆圈称为麦比乌斯圈。如果沿着麦比乌斯圈的中线剪开它,得到的不是两个纸环而仍然是一个纸环,只是增加了长度和曲度。运用麦比乌斯圈原理我们可以建造立交桥和道路,避免车辆行人的拥堵。麦比乌斯圈是拓扑学中所研究的单侧面问题。麦比乌斯圈没有正反两面,你没办法把它的一面染成蓝色,一面染成红色,你也没有办法把它的一边染成蓝色,而另一边染成红色。

制作麦比乌斯圈制作麦比乌斯圈

克莱因瓶

克莱因瓶和麦比乌斯圈的道理一样,它没有边,没有内侧,也没有外侧,是单侧面的。在拓扑学中,它属于单侧双环面问题。沿着一条线路一直走下去,你会发现走的是一条封闭曲线。

克莱因瓶克莱因瓶

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