趣味數(shù)學(xué)麥比烏斯帶經(jīng)典版.ppt

1、,神奇的,怪圈,數(shù)學(xué)上流傳著這樣一個(gè)故事：有人曾提出，先用一張長(zhǎng)方形的紙條，首尾相粘，做成一個(gè)紙圈，然后只允許用一種顏色，在紙圈上的一面涂抹，最后把整個(gè)紙圈全部抹成一種顏色，不留下任何空白。這個(gè)紙圈應(yīng)該怎樣粘？,跟我學(xué)魔術(shù)：,2、將紙帶一頭不變，另一頭擰180度，兩頭粘貼 。,1、將紙帶兩頭粘貼 。,猜猜看：“怪圈”有幾條邊幾個(gè)面？,2條邊2個(gè)面,1條邊1個(gè)面,給紙帶起個(gè)名字吧！,德國(guó)數(shù)學(xué)家麥比烏斯,神奇的,麥比烏斯帶,麥比烏斯帶的發(fā)現(xiàn) 對(duì)于這樣一個(gè)看來(lái)十分簡(jiǎn)單的問(wèn)題，數(shù)百年間，曾有許多科學(xué)家進(jìn)行了認(rèn)真研究，結(jié)果都沒(méi)有成功。后來(lái)，德國(guó)的數(shù)學(xué)家麥比烏斯對(duì)此發(fā)生了濃厚興趣，他長(zhǎng)時(shí)間專心思索、試驗(yàn)，

2、也毫無(wú)結(jié)果。 有一天，他被這個(gè)問(wèn)題弄得頭昏腦漲了，便到野外去散步。新鮮的空氣，清涼的風(fēng)，使他頓時(shí)感到輕松舒適，但他頭腦里仍然只有那個(gè)尚未找到的圈兒。,一片片肥大的玉米葉子，在他眼里變成了“綠色的紙條兒”，他不由自主地蹲下去，擺弄著、觀察著。葉子彎曲著聳拉下來(lái)，有許多扭成半圓形的，他隨便撕下一片，順著葉子自然扭的方向?qū)映梢粋€(gè)圓圈兒，他驚喜地發(fā)現(xiàn)，這“綠色的圓圈兒”就是他夢(mèng)寐以求的那種圓圈。 麥比烏斯回到辦公室，裁出紙條，把紙的一端扭轉(zhuǎn)180，再將一端的正面和背面粘在一起，這樣就做成了只有一個(gè)面的紙圈兒。 圓圈做成后，麥比烏斯捉了一只小甲蟲，放在上面讓它爬。結(jié)果，小甲蟲不翻越任何邊界就爬遍了圓圈

3、兒的所有部分。麥比烏斯激動(dòng)地說(shuō)：“公正的小甲蟲，你無(wú)可辯駁地證明了這個(gè)圈兒只有一個(gè)面?！?麥比烏斯圈就這樣被發(fā)現(xiàn)了。,實(shí)踐：,體會(huì)怪圈的神秘,從12處剪開！,繼續(xù)見證奇跡：,1、將一個(gè)麥比烏斯帶沿中間線剪開得一新環(huán)帶，將新環(huán)帶又按中間線剪開; 2、將這種操作至少進(jìn)行六次， 3、記錄每次剪開所得新環(huán)帶的個(gè)數(shù)、長(zhǎng)度、扭轉(zhuǎn)半圈數(shù)和連接情況，然后分析記錄的結(jié)果，找出規(guī)律.,給我們的哲學(xué)啟示-宇宙的奧秘,兩張疊在一起的長(zhǎng)方形紙帶制成的麥比烏斯帶,（1）將兩張疊在一起的長(zhǎng)方形紙帶同時(shí)扭轉(zhuǎn)半圈，把相應(yīng)的端頭粘合在一起； （2）把食指放在兩層帶之間移動(dòng)； （3）把雙層帶拉開成單層帶，比較雙、單層帶的長(zhǎng)度與扭轉(zhuǎn)

4、半圈數(shù)； （4）將單層帶恢復(fù)為雙層帶，同時(shí)沿它的中間線剪開。,再次見證奇跡,還有更神奇的！,從13處剪開 ！,從14處剪開 ！,從1n處剪開 ！,表1 麥比烏斯帶從邊緣 處剪開記錄情況,2,1,為原帶 長(zhǎng)2倍,2,3,2,大：倍 ?。合嗟?大： ?。?連接,2,都為原帶 長(zhǎng)倍,連接,研究報(bào)告提綱,分為奇、偶數(shù)兩種情況分析： 1、用n表示剪得的新環(huán)帶個(gè)數(shù)； 2、新環(huán)帶與原帶長(zhǎng)的數(shù)量關(guān)系； 3、新環(huán)帶扭轉(zhuǎn)的半圈數(shù)； 4、新環(huán)帶之間的位置關(guān)系。,課題延伸,1、 麥比烏斯帶的意義 麥比烏斯帶乍看起來(lái)似乎不過(guò)是新奇的玩具而已，但它的涵義卻是很深刻的麥比烏斯1858年就發(fā)現(xiàn)了它，可有關(guān)論文在巴黎研究院的卷

5、宗里埋藏了7年之久1865 年發(fā)表出來(lái)后以它奇妙的單側(cè)性吸引無(wú)數(shù)學(xué)者步人了拓?fù)涞牡钐?，?duì)至今才僅有一百多年歷史的扮撲學(xué)科的誕生和發(fā)展起了不可估量的作用,2、麥比烏斯帶的應(yīng)用與價(jià)值 機(jī)械傳動(dòng)中使用的平面皮帶若以麥比烏斯帶的方式制作，損耗就較平均，從而可延長(zhǎng)使用壽命,1979年，美國(guó)著名輪胎公司百路馳創(chuàng)造性地把傳送帶制成麥比烏斯圈形狀，這樣一來(lái)，整條傳送帶環(huán)面各處均勻地承受磨損，避免了普通傳送帶單面受損的情況，使得其壽命延長(zhǎng)了整整一倍。,美國(guó)科羅拉多大學(xué)化學(xué)系的沃爾巴等三位教授在實(shí)驗(yàn)室第一次合成了形狀和麥比烏斯帶一樣的麥比烏斯分子制作這種分子的方法同制作麥比烏斯帶的方法極其相似：先制造出四經(jīng)基甲撐

6、二醇P磺酸聯(lián)甲苯三元化合物（簡(jiǎn)稱迪米二醇聯(lián)甲苯合物），然后將該化合物分子兩端按麥比烏斯帶的方式“連接”起來(lái)，就形成了具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的迪米麥比烏斯分子若將這種分子的雙鍵剖開，可得到環(huán)徑加一倍而分子量不變的大環(huán)三位科學(xué)家還打算合成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更為驚人的有機(jī)分子，以便探索出一套研究有機(jī)化學(xué)的新方法,針式打印機(jī)靠打印針擊打色帶在紙上留下一個(gè)一個(gè)的墨點(diǎn)，為充分利用色帶的全部表面，色帶也常被設(shè)計(jì)成麥比烏斯圈。,在美國(guó)匹茲堡著名肯尼森林游樂(lè)園里，就有一部“加強(qiáng)版”的云霄飛車它的軌道是一個(gè)麥比烏斯圈。乘客在軌道的兩面上飛馳。,垃圾回收標(biāo)志,Power Architecture 標(biāo)志,麥比烏斯圈循環(huán)往復(fù)的幾何特征，蘊(yùn)

7、含著永恒、無(wú)限的意義，因此常被用于各類標(biāo)志設(shè)計(jì)。微處理器廠商Power Architecture的商標(biāo)就是一條麥比烏斯圈，甚至垃圾回收標(biāo)志,麥比烏斯爬梯,麥比烏斯雕塑,和麥比烏斯帶相似的三維封閉形 克萊因瓶： 克萊因瓶是德國(guó)數(shù)學(xué)家克萊因1882年發(fā)現(xiàn)的， 它是麥比烏斯帶的三維情況。從拓?fù)鋵W(xué)的觀點(diǎn)看，它 實(shí)際上是兩條麥比烏斯帶沿邊緣粘合而成的，說(shuō)得直 觀些，它就是將圓柱面兩端的 圓周扭轉(zhuǎn)180粘合而成的， 這是一個(gè)閉曲面，也是單側(cè)的， 沒(méi)有里面和外面之分，在拓?fù)?學(xué)中，它差不多與麥比烏斯帶 齊名,在 1882年，著名數(shù)學(xué)家菲利克斯克萊因 (Felix Klein) 發(fā)現(xiàn)了后來(lái)以他的名字命名的著名

8、“瓶子”。這是一個(gè)象球面那樣封閉的（也就是說(shuō)沒(méi)有邊）曲面，但是它卻只有一個(gè)面。在圖片上我們看到，克萊因瓶的確就象是一個(gè)瓶子。但是它沒(méi)有瓶底，它的瓶頸被拉長(zhǎng)，然后似乎是穿過(guò)了瓶壁，最后瓶頸和瓶底圈連在了一起。如果瓶頸不穿過(guò)瓶壁而從另一邊和瓶底圈相連的話，我們就會(huì)得到一個(gè)輪胎面(即環(huán)面)。,克萊因瓶是一個(gè)在四維空間中才可能真正表現(xiàn)出來(lái)的曲面，如果我們一定要把它表現(xiàn)在我們生活的三維空間中我們只好將就點(diǎn)，只好把它表現(xiàn)得似乎和自己相交一樣。事實(shí)上克萊因瓶的瓶頸是穿過(guò)了第四維空間再和瓶底連起來(lái)的，并不穿過(guò)瓶壁。,克萊因瓶從上往下的投影即為太極圖。,太極圖抽象地表達(dá)了存在于一切事物之中的絕對(duì)性質(zhì)陰與陽(yáng)和它們的統(tǒng)一，這就是古老的中國(guó)理念“道” 和“易”?！爸浒?，守其黑，為天下式，