I 莫比乌斯带
拓扑学关心的是:只要不撕开、不粘上,怎么弯、怎么拉都变不了的东西。1858 年,利斯廷和莫比乌斯各自描述了扭半圈再接上的纸带,它只有一面:刷颜料的人只要不越过边,就能把它整个刷满;沿着中线走一圈的蚂蚁回到原处时,头顶的朝向和出发时相反。角上数出纸带有几面、几条边、几块,再用积分算出曲线之间扣了几次,每个答案都是整数。
- 只有一面
- X(u+2π,v)=X(u,−v)颜料从一点出发,沿着纸带铺开,始终不越过边。走完一圈,它到了出发处的背面;走完两圈,每一点的正反两面都刷满了:纸带只有一面。走在颜料前头的蚂蚁,一圈后回到原处,头顶的法向朝着反方向;两圈后才又朝上。
- 扭几个半圈
- |Lk|=k/2(k even)纸条扭 k 个半圈,再把两头接上。不扭,是一个平的环,两面、两条边;扭一个半圈,是莫比乌斯带,一面、一条边;扭两个半圈,又是两面,但两条边扣在了一起:扣了一次,这个数是角上用高斯积分算出来的;扭三个半圈,一面、一条边,那条边打成了三叶结。只有扭了偶数个半圈、纸带有两条边时,才谈得上这两条边扣了几次。金色撞上蓝色的地方,是扭了奇数个半圈留下的接缝。
- 剪开
- halftwists=2|Lk(edges)|沿正中剪开,莫比乌斯带不会分成两条:它成了一整条,长了一倍,有两面,扭了四个半圈;这四个半圈,是角上从它的两条边扣了几次换算出来的(扣两次,就是四个半圈)。离边三分之一带宽处剪开,它分成两块:一条细一些的莫比乌斯带,和一条扭了四个半圈的长带,两块扣在一起。
- 克莱因瓶
- χ=0两条莫比乌斯带沿着边缝在一起,就是克莱因瓶,菲利克斯·克莱因在 1882 年描述过它。放进普通的空间,它只能穿过自己;但它没有边,和纸带一样只有一面:颜料照样把它整个刷满。随后金和蓝标出缝成它的那两条莫比乌斯带。