如何通俗地解釋 n 維球面這個概念?

時間 2021-05-31 03:59:47

1樓:Mosbic

二維球面到三維球面有個很好玩的構造,就是之前有人說的suspension雙角錐,

還有另外乙個構造叫做cone,中文錐。

想象S1圓環為底作乙個錐面出來,就是S1和單位區間I作笛卡爾積,再把S1在1處的那個copy捏成乙個點,於是就是乙個錐啦。接著再把0處的S1也粘成乙個點,就是suspension,得到了球面。

也可以這樣想象,從時間0到時間1,最開始你有乙個圓環,拿著它移動到時間1,再把最開始和結束的圓環捏成乙個點,就得到了乙個二維球面。

於是乙個二維球面怎麼作出乙個錐?

和圓環一樣在外面畫個點在做連線麼?

好像很複雜哎…

那想想看向球面內部的中心作錐!啊哈,看出來沒有,作完錐就是三維空間中單位實心球!再把最開始的球面捏成乙個點(你就當它乙個點好了…)就是S3了!

2樓:玟清

補充乙個拓撲描述。二維球面是把實心圓盤邊界粘起來,所謂包餃子,三維球面就是把三維球體的邊界(也就是二維球面)粘成乙個點,形成乙個4維空腔。更高維就沒法直觀想象了。

其實直觀想象球面的前提是能夠想象實心球,n維球面即n+1維實心球的表面。

3樓:

雖然現在其他的答案說的倒是對的,但是不能說真的描述了球面到底是什麼樣的,只是定義而已。

下面稍微說一點看法。只說三維球面,這個還勉強能看一看,更高維度就算了。 怎麼樣叫做看乙個三維球面呢?

直接去想象肯定是不行的,我們只能想象三維空間的東西,這件事情是限制死了的。三維球面是肯定不能放在三維空間裡的。但是我們可以用某種方式通過看三維空間裡面的東西來看三維球面。

要說清楚一些事情不懂拓撲是不行的,下面盡量不用拓撲的語言來說。

首先第一種看法,術語叫suspension,我也不知道怎麼翻譯。。

首先來看二維球面,也就是三維空間裡的單位球面,從中間切開,可以看成是兩個半球把邊界貼起來得到的。而半球和二維圓盤是「同胚」的(把半球拍扁就能得到圓盤)。因此二維球面可以看成兩個二維圓盤把邊界貼起來得到的。

那麼類推到三維,三維圓盤是什麼呢?其實就是三維空間裡面的實心球。因此三維球面可以看成兩個實心球把邊界貼起來。當然這個貼在三維空間裡是肯定做不到的。

第二種看法,球極投影。

還是先看二維球面,固定乙個點之後,可以把剩下的球面通過連線延長的方式投影到平面上。那麼二維球面就可以看成是平面並上乙個無窮遠點。

如果對三維球面做球極投影,那麼理應投影到三維空間裡面,也就是說,三維球面也可以類似地看成三維空間並上乙個無窮遠點。

第三種看法,Hopf fibration.好吧容我想想這個怎麼不涉及太多術語地說清楚先。。

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