能否用嚴格的數學語言定義 展開圖 ?

時間 2021-05-12 00:52:12

1樓:三川啦啦啦

感謝大佬邀(釣)請(魚).

我們一般所說的展開,是指的是可展曲面,例如柱面、錐面;而球面是沒辦法展的,即「不可展曲面」. 那麼「可展」是怎麼回事呢?

高斯大神很完美地解決了這個問題:他發現凡是可展的曲面,它的高斯曲率為零,反之亦然. 更近一步,他定義了所謂第一基本形式

而可展曲面的第一基本形式都可以通過等距變換(不改變第一基本形式)而化為 ,也就是平面上的歐氏度量,當且僅當它的高斯曲率為 . 而對於一般的曲面,充其量只能化為 .

所以找到這個等距變換,我們就可以將這個可展曲面「展開」——映為平面.

高斯曲率,就是曲面在一點處的兩個主曲率的乘積 .

微觀上,高斯曲率為零,就意味著至少有乙個主曲率為零,也就是說在此方向上本來就是「直」的,所以將與之正交的另乙個方向「掰直」就好了;兩個正交的方向都是直的,區域性上它就是一塊平面. 而且這個掰直的過程不會影響前者的曲率始終為零. 於是乘積永遠是零.

也就是說,其中乙個主曲率為零,給另乙個主曲率的變化帶來了極大的自由——這就是可展的原因.

但是對於非可展曲面,即高斯曲率不為零,你想將其中乙個主方向掰直,另乙個主方向也會跟著變化,乙個想變直,另乙個就變得更彎,因為要保證兩者乘積不變. 最終,你哪個也別想掰直.

越說越覺得奇怪……

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