50默比烏斯帶的奧秘
默比烏斯帶是拓撲學家們的傑作之一。它使人感到古怪的是:隻有一側的曲麵。
它的製做是極為簡單的。我們把一個雙側環帶隨意在一處剪開,然後,扭轉一半,即180°。再粘合到一起來形成封閉的環,就得到了默比烏斯帶。
但如果描述為沒有“另一側”,這是很難理解和想象的。但做起來卻很容易,你可隨意從一處開始塗色(不離開這麵)最終你將會發現默比烏斯帶都被你塗上了顏色,也就說明這的確是一個單側麵的帶子。
默比烏斯帶具有各種意想不到的性質,有人稱之為“魔術般的變化”。如果我們把默比烏斯帶沿中線剪開,出乎意料地得到了一條雙側帶子而不是兩條。數學家對這種奇妙的現象解釋為:一條默比烏斯帶隻有一條邊,剪開卻使它增加了第二條邊與另一側。如果把默比烏斯帶沿三等分線剪開將使你又獲新奇之感。剪刀將環繞紙帶子走整整兩圈,但隻是一次連續的剪開,剪的結果是兩條卷繞在一起的紙條,其中的一條是雙側紙圈,另一條則是新的默比烏斯帶。你看,這真是一個奇妙的帶子。
51你能找到海盜藏寶的地點嗎
傳說有一幫海盜,把劫得的財寶埋在一個荒島上,並在一張紙上寫了若幹詩句暗示藏寶地點,這樣以便於把寶物遺留給他們的後代。幾十年後,海盜們被捕獲,在被擊斃的頭目身上發現了這張紙條,上麵寫到:何處找?在海島;絞架直行到石馬,右轉同長是甲處;絞架直行到大樹,左轉同長是乙處;甲乙中分地,深挖勿泄氣。不難看出這是一個埋藏重要物品的地點的說明,官方立即派人到島上搜索,然而一到島上,人們不免犯了難,大樹、石馬依然還在,而絞架蕩然無存,這藏寶地點怎樣確定呢?
後來終於有人用平麵幾何作圖的方法,證明了藏寶地點僅與石馬和大樹的位置有關,而與絞架位置有關,於是輕而易舉地找到了藏寶地點。下麵我們來看一下這個問題的證明。
設石馬為點A,大樹為點B,在AB連線的一側任取一點C算作絞架位置。連結CA,作DA⊥CA且DA=AC;再連BC,作EB⊥CB且EB⊥CB且;連DE,其中點F假定為藏寶地點,如圖作CC′、DD′、EE′、FF′都和AB垂直,C′D′E′F′分點為垂足,由△ACC′≌DAD′,可知AD′=CC′,又由△BCC′≌EBF′,可知BE′=CC′,又由F是DE中點,可知F′是D′E′中點。所以知F′是AB中點;另一方麵我們又可證明,DD′=AC′,EE′=BC′,∴DD′+EE′=AB。由梯形中位線定理可知FF′=12(DD′+EE′)=12AB,那麼F是位於AB中垂線上且與A中點的距離等於AB長的一半,可見F點的位置與C點的選擇是無關的。
讀者不妨試一下,在AB的另一側取點C。甚至在直線AB上取點C,看看點F的位置是否是不變的。