為什麼克萊因瓶在三維空間中是不可能的?

時間 2021-05-30 04:33:46

1樓:Xipan Xiao

這裡有個初等的證明:

我翻譯一下:

因為不需要光滑性,可以假定S是由點線面構成的多面體表面。選擇乙個和所有的面不平行的方向v。S外任意一點p,以p為起點v為方向的射線L(t)=p+tv,和S的交點個數,如果是奇數,就把p塗成白色,否則塗成黑色。

如果L和S剛好交在一條稜上,則因為一條稜總是兩個面的交點,所以p附近的點,它的顏色不會跳變,就取它附近的點的顏色即可。

這樣子把S外任意一點染成了黑白兩色。注意到兩點之間如果有一條(不穿過S的)路徑連線,則顏色一定相同(可以選擇路徑使得射線避開多面體的頂點,而射線掃過稜的時候,顏色不變)。

然後在穿過S的一條射線上,靠近S的地方取兩個點p和q,這兩個點顏色一定不同。

然後S上有莫比烏斯帶,可以將乙個短的法向量滑動到同一點的相反的方向,這個法向量的終點畫出一條不穿過S的路徑,開始於p,終結於q。所以p、q顏色必須相同。矛盾。

2樓:

克萊茵瓶入口即是出口,且瓶邊界面無交點(輪胎不是,它入口還是入口), 在三維空間裡,比如某寶上可以搜到賣克萊茵瓶的,而這些你能看到的「克萊茵瓶」都是假的,它們總要穿過自身才能做到入口即是出口。四維空間里克萊茵瓶存在,最簡單的克萊茵瓶你可以自己做出來,左手圈出乙個圈做入口,右手圈出乙個圈與左手圈重合,向下移動右手再翻轉一百八十度向上移動與左手圈重合,這個過程裡就是乙個克萊茵瓶,原理就是在原有的三維空間裡,加入了時間做第四維。

3樓:

關鍵在於不可定向,如果你在三維空間中轉一圈,發現左手變右手了,那一定是見鬼了。

Klein瓶可通過將乙個矩形的邊緣按編號粘起來而得到。

所以,在允許相交的情況下是可以在三維空間構造出來的,但不相交就不行了,不信你試試就知道了。

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