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莫比乌斯大道


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莫比乌斯带,也称为扭曲圆柱体(Henle 1994,第110页),是一个单面的不可定向曲面获得把一条封闭的带子切成一条带子,使其两端各有一条扭转一半,然后重新连接两端(右图;Gray 1997,第322-323页)。带着他的名字的长条是由莫比乌斯于1858年发明的,尽管它是独立的由Listing发现,Listing发布了它,而Möbius没有(Derbyshire 2004,第381页)。就像圆柱体,它不是真实的表面,而是一个有边界的曲面(亨勒1994年,第110页)。

莫比乌斯大道欧拉特性 chi=0(Dodson和Parker,1997年,第125页)。

根据Madachy(1979)。古德里奇公司(Goodrich Company)为一种莫比乌斯带形式的传送带申请了专利,这种传送带的持续时间是传统传送带的两倍皮带。M.C.公司。埃舍尔喜欢刻画莫比乌斯连环画,他们出现在他的木刻作品“莫比乌斯大道I”和“莫比尤斯大道II(红蚂蚁)“(布尔等。1982年,第324页;Forty 2003,板块70)。

半宽莫比乌斯带w个具有半径的中圆R(右)在高处z=0可以用参数表示

x=[R+scos(1/2t)]成本
(1)
年=[R+scos(1/2吨)]sint
(2)
z=sin(1/2吨),
(3)

对于[-w,w]中的st英寸[0,2pi).因此,在这个参数化中,莫比乌斯带是一个立方体的表面使用等式

 -R^2y+x^2y+y^3-2Rxz-2x^2z-2y^2z+yz^2=0。
(4)
莫比乌斯齿轮

上图显示了沿着莫比乌斯带长度的联锁盘车装置(M.Trott,pers.comm.,2001)。

The coefficients of the第一基本形式对于这个表面

E类=1
(5)
F类=0
(6)
G公司=R^2+2Rscos(1/2吨)+1/4s^2(3+2成本),
(7)

这个第二基本形式系数

e(电子)=0
(8)
(f)=R/(平方英尺(4R^2+3s^2+2s[4Rcos(1/2t)+scost])
(9)
克=([2(R^2+s^2)+4Rscos(1/2t)+s^2成本]sin(1/2t))/(sqrt(4R^2+3s^2+2s[4Rscos(1/2t)+成本])),
(10)

这个面积元素

 dS=sqrt(R^2+2Rscos(1/2t)+s^2(3/4+1/2成本))dS^dt,
(11)

高斯意思是曲率

K(K)=-(4R^2)/({4R^2+3s^2+2s[4Rcos(1/2t)+scost]}^2)
(12)
小时=(2[2(R^2+s^2)+4Rscos(1/2t)+s^2cost]sin(1/2 t))/({4R^2+3s^2+2s[4Rcos(1/2 t)+scost]}^2)。
(13)
移动条纹弧长

莫比乌斯带的周长是通过对复杂函数进行积分得到的

 ds=sqrt(x^('2)+y^('2))=[1/(16)w^4cos^4(1/2t)+{[R+wcos(1/2t])]成本1/2wsin(1/2 t)sint}^4+{Rsint+1/4w[sin(1/2t)+3sin(3/2t)]}^4]^(1/2)
(14)

从0到4π,不幸的是,这不能以封闭形式完成。请注意,虽然表面于关闭t=2pi,这对应于底部边缘与顶部边缘的连接,如图所示上面,所以还有一个2π必须遍历以构成边界的整个弧长。

切割莫比乌斯带,使其额外扭曲,并重新连接末端,会产生意想不到的图形,称为反序环(列表和Tait 1847,Ball and Coxeter 1987),总结如下表所示。

半扭转切割divs(数字)。结果
1121条带,长度2
111带,长度2
1条莫比乌斯带,长度1
1242带,长度2
1252条带,长度2
1莫比乌斯带,长度1
163条带,长度2
17带,长度2
1条莫比乌斯带,长度1
2122带,长度1
223条带子,长度1
244带,长度1

A类圆环体可以用即使半扭转次数,以及克莱因瓶子可以沿着它的长度切成两半,制成两条莫比乌斯带。另外,两条带子相互叠放,每一条都有半捻,形成一条解开时,将其分为四个扭转。

将莫比乌斯带沿其边界连接到磁盘的拓扑结果是实射影平面,但不能嵌入R^3(参考号:3).然而,有三个曲面表示射影平面在里面R^3(参考号:3)自交联,即男孩曲面,交叉帽,罗马曲面.

TietzeMoebius着色

莫比乌斯带上的任何一组区域都只能使用六种颜色进行着色,如所示Tietze图以上。


另请参见

男孩曲面,交叉盖,贴图着色,莫比乌斯条状解剖,不定向曲面,顺行环,棱镜(Prismatic)戒指,罗马曲面,Tietze的图表 探索数学世界课堂上的这个主题

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引用如下:

埃里克·魏斯坦(Eric W.Weisstein)。“莫比乌斯大道。”发件人数学世界--Wolfram Web资源。https://mathworld.wolfram.com/MoebiusStrip.html

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