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曲面

指数 曲面

在数学(拓扑学)中,一个曲面(surface)是一个二维流形。三维空间中的例子有三维实心物体的边界。流体的表面,例如雨滴或肥皂泡是一种理想化的曲面。关于雪花的表面,它有很多精细的结构,超越了这个简单的数学定义。关于实际的曲面的资料,请参看表面张力,表面化学,曲面能量。.

30 关系: 基本多边形可定向性同胚复数实射影平面射影平面庞加莱度量代數曲線开集体积形式微分同胚圆盘圆柱体克莱因瓶环面球面紧空间表面张力豪斯多夫空间黎曼曲面边界肥皂泡邻域欧拉示性数流形流体数学拓扑学

基本多边形

在数学上,每个闭曲面在几何拓扑的意义下,可以由一个偶数条边的有向多边形,把它的边成对地粘合构造出来,这样的多边形称之为基本多边形(fundamental polygon)。 这个构造可以表示成一个长为2n的字符串,一共n个不同的符号,每个符号出现两次带有指数 +1或 -1。指数 -1的符号对应于该边的定向与基本多边形的定向相反。.

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可定向性

欧几里得空间R3中一个曲面S是可定向(orientable)的如果一个二维图形(比如)沿着曲面移动后回到起点不能使它看起来像它的镜像()。否则曲面是不可定向(non-orientable)的。 更确切地,应用于非嵌入曲面,一个曲面可定向如果不存在从二维球B与单位区间的乘积到曲面的连续函数f: B\times \to S,使得f(b,t).

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同胚

在拓扑学中,同胚(homeomorphism、topological isomorphism、bi continuous function)是两个拓扑空间之间的双连续函数。同胚是拓扑空间范畴中的同构;也就是说,它们是保持给定空间的所有拓扑性质的映射。如果两个空间之间存在同胚,那么这两个空间就称为同胚的,从拓扑学的观点来看,两个空间是相同的。 大致地说,拓扑空间是一个几何物体,同胚就是把物体连续延展和弯曲,使其成为一个新的物体。因此,正方形和圆是同胚的,但球面和环面就不是。有一个笑话是说,拓扑学家不能区分咖啡杯和甜甜圈,这是因为一个足够柔软的甜甜圈可以捏成咖啡杯的形状(见图)。.

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复数

#重定向 复数 (数学).

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实射影平面

在数学中,实射影平面(real projective plane)是R3中所有过原点直线组成的空间,通常记作\mathbbP^2,无歧义时也记为P^2。这是一个不可定向、紧致、无边界二维流形(即一个曲面),它在几何中有基本的应用,但不能无自交地嵌入我们通常的三维欧几里得空间。它的亏格是1,故欧拉示性数也为1。 实射影平面有时描述为基于莫比乌斯带的构造:如果能把莫比乌斯带的(一条)边以恰当的方向黏合,将得到射影平面。等价地,沿着莫比乌斯带的边界黏合一个圆盘给出射影平面。 由于莫比乌斯带可构造为将正方形的一组对边反向黏合,从而实射影平面可以表示为单位正方形( × )将它的边界通过如下等价关系等同: 以及 即如右图所示。因为正方形同构于圆盘,故这也等价于将圆盘边界的对径点黏合。.

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射影平面

在數學裡,投影平面(projective plane)是一個延伸平面概念的幾何結構。在普通的歐氏平面裡,兩條線通常會相交於一點,但有些線(即平行線)不會相交。投影平面可被認為是個具有額外的「無窮遠點」之一般平面,平行線會於該點相交。因此,在投影平面上的兩條線會相交於一個且僅一個點。 文藝復興時期的藝術家在發展透視投影的技術中,為此一數學課題奠定了基礎。投影平面的典型範例為實投影平面,亦稱為「擴展歐氏平面」。此一範例在代數幾何、拓撲學及投影幾何內都很重要,在各領域內的形式均略有不同,可標計為 、RP2 或 P2(R) 等符號。還有許多其他的投影平面,包括無限(如複投影平面)與有限(如法諾平面)之類型。 投影平面是二維投影空間,但並不是所有投影平面都可以嵌入三維投影空間內。投影平面是否能嵌入三維投影空間取決於該平面是否為笛沙格平面。.

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庞加莱度量

数学中,庞加莱度量(Poincaré metric),以昂利·庞加莱命名,描述了一个常负曲率二维曲面的度量张量。它是双曲几何和黎曼曲面中广为使用的自然度量。 在二维双曲几何中有三种广泛使用的等价表述。其中一个是庞加莱半平面模型,在上半平面上定义一个双曲空间模型。庞加莱圆盘模型在单位圆盘上定义了一个双曲空间模型。圆盘与上半平面通过一个共形映射联系,等距由莫比乌斯变换给出。第三个表述是在穿孔圆盘上,通常表示为与 q-类似(Q-analog)的关系,这种形式不同于前两种。.

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代數曲線

在代數幾何中,一條代數曲線是一維的代數簇。最典型的例子是射影平面\mathbb^2上由一個齊次多項式f(X,Y)定義的零點。.

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开集

開集是指不包含任何自己邊界點的集合。或者說,開集包含的任意一點的充分小的鄰域都包含在其自身中。 例如,实数线上的由不等式2规定的集合称为开区间,是开集。这时候的边界为实数轴上的点2和5,如由不等式2\leq x \leq 5,或者2规定的区间由于包含其边界,因此不能称之为开集。 开集的概念一般与拓扑概念是紧密联系着的,通常先公理化开集,然后通过其定义边界的概念。(详细请参照拓扑空间).

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体积形式

数学中,体积形式提供了函数在不同坐标系(比如球坐标和圆柱坐标)下对体积积分的一种工具。更一般地,一个体积元是流形上一个测度。 在一个定向n-维流形上,体积元典型地由体积形式生成,所谓体积元是一个处处非零的n-阶微分形式。一个流形具有体积形式当且仅当它是可定向的,而可定向流形有无穷多个体积形式(细节见下)。 有一个推广的伪体积形式概念,对无论可否定向的流形都存在。 许多类型的流形有典范的(伪)体积形式,因为它们有额外的结构保证可选取一个更好的体积形式。在复情形,一个带有全纯体积形式的凯勒流形是卡拉比-丘流形。.

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微分同胚

在數學中,微分同胚是適用於微分流形範疇的同構概念。這是從微分流形之間的可逆映射,使得此映射及其逆映射均為光滑(即無窮可微)的。.

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圆盘

在几何中,一个圆盘(disk 或 disc)是由平面中一个圆(circle)围成的区域。一個圓只包含邊界,而一個圓盤包含内部區域。 在度量幾何與凸分析中,圓盤是凸集,因為每兩點之間的直线點都落在該點集合中;但是圓不是凸集,因為它是中空的。.

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圆柱体

数学上,圆柱(古稱圓堡壔、圓囷,英語:cylinder)是一个二次曲面,也就是说,一个三维曲面,满足以下直角坐标系中的方程: 这个方程是用于椭圆柱的,是对于普通圆柱(a.

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克莱因瓶

在数学领域中,克莱因瓶(Kleinsche Flasche)是指一种无定向性的平面,比如二维平面,就没有“内部”和“外部”之分。克莱因瓶最初的概念提出是由德国数学家菲利克斯·克莱因提出的。克莱因瓶和莫比乌斯带非常相像。 要想像克萊因瓶的結構,可先試想一個底部鏤空的紅酒瓶。現在延長其頸部,向外扭曲後伸進瓶子的內部,再與底部的洞相連接。 和我们平时用来喝水的杯子不一样,这个物体没有“边”,它的表面不会终结。它也不类似于气球,一只苍蝇可以从瓶子的内部直接飞到外部而不用穿过表面(所以说它没有内外部之分)。 其名稱可能源自德語中的「Kleinsche Fläche」(克萊因平面),後來被誤解為「Kleinsche Flasche」(克萊因瓶)。德語最終也沿用了「克萊因瓶」這種稱呼。.

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环面

没有描述。

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球面

球面 (sphere)是三维空间中完全圆形的几何物体,它是圆球的表面(类似于在二维空间中,“圆 ”包围着“圆盘”那样)。 就像在二维空间中的圆的定义一样,球面在数学上定义为三维空间中离给定的点距离相同的点的集合 。 这个距离 是球的半径 ,球(ball)则是由离给定点距离小于 的所有点构成的几何体,而这个给定点就是球心。球的半径和球心也是球面的半径和中心。两端都在球面上的最长线段通过球心,其长度是其半径的两倍;它是球面和球体的直径 。 尽管在数学之外,术语“球面”和“球”有时可互换使用,但在数学中是明确区分的:球面是一种嵌在三维欧几里得空间内的二维封闭曲面,而球是一种三维图形,其包括球面和球面内部的一切(闭球),不过更常见的定义是只包括球面内部的所有点,不包括球面上的点(开球)。这种区别并不总是保持不变,尤其是在旧的数学文献里,sphere(球面)被当作固体。这与在平面上混用术语“圆”(circle)和“圆盘”(disk)的情况类似。.

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紧空间

在数学中,如果欧几里得空间Rn的子集是闭合的并且是有界的,那么称它是--的。例如,在R中,闭合单位区间是紧致的,但整数集合Z不是(它不是有界的),半开区间.

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表面张力

在物理上,表面張力(),狹義的定義是指液體試圖獲得最小表面位能的傾向;广义地說,所有两种不同物态的物质之间界面上的张力被称为表面张力。表面张力的因次是M \cdot T^,常見單位是\frac或\frac,亦即,单位长度的力或单位面积的能。表面張力最常見的例子發生在液體與其他物質的接觸面。以水為例,水的表面張力來自於由凡得瓦力所造成的內聚力。當固體,如水黽,跑到水上時,表面張力會盡可能將水面維持平整的狀態,以達到最小表面位能。如果水黽的重量維持在限度以內,那麼水面將只會有少許凹陷,這就是水黽能夠在水面上活動的原理。 表面張力會隨液體的不同而不同。常見的科普實驗是在一盆水中滴入一些密度低於水的界面活性劑,再把一艘小船放在界面活性劑與水面的交界處。因為界面活性劑的表面張力小於水的表面張力,所以水的表面張力或會把小船推向界面活性劑的方向。 在材料科学里,表面张力也称为表面应力和表面自由能。 熱力學對表面張力係數的廣義定義為:表面張力係數σ是在溫度T和壓力p不變的情況下吉布士自由能G對面積A的偏導數: 吉布士自由能的單位是能量單位,因此表面張力係數的單位是能量/面積。.

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豪斯多夫空间

在拓扑学和相关的数学分支中,豪斯多夫空间、分离空间或T2空间是其中的点都“由邻域分离”的拓扑空间。在众多可施加在拓扑空间上的分离公理中,“豪斯多夫条件”是最常使用和讨论的。它蕴涵了序列、网和滤子的极限的唯一性。直观地讲,这个条件可用个双关语来形容:如果某空间中任两点可用开集合将彼此“豪斯多夫”开来,该空间就是“豪斯多夫”的。 豪斯多夫得名于拓扑学的创立者之一费利克斯·豪斯多夫。豪斯多夫最初的拓扑空间定义把豪斯多夫条件包括为公理。.

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黎曼曲面

数学上,特别是在复分析中,一个黎曼曲面是一个一维复流形。黎曼曲面可以被視为是一个复平面的变形版本:在每一点局部看来,他们就像一片复平面,但整体的拓扑可能极为不同。例如,他们可以看起来像球或是环,或者两个页面粘在一起。 黎曼曲面的精髓在于在曲面之间可以定义全纯函数。黎曼曲面现在被认为是研究这些函数的整体行为的自然选择,特别是像平方根和自然对数这样的多值函數。 每个黎曼曲面都是二维实解析流形(也就是曲面),但它有更多的结构(特别是一个複結構),因为全純函数的无歧义的定义需要用到这些结构。一个实二维流形可以变成为一个黎曼曲面(通常有几种不同的方式)当且仅当它是可定向的。所以球和环有複結構,但是莫比乌斯带,克莱因瓶和射影平面没有。 黎曼曲面的几何性质是最妙的,它们也给與其它曲线,流形或簇上的推广提供了直观的理解和动力。黎曼-罗赫定理就是这种影响的最佳例子。.

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边界

邊界,亦稱疆界,指用於劃分不同政權所轄區域、領地的地理分界線,進而可標示該區域的範圍。边界与国界不是同义词,例如,深圳与香港之间的界线可称为边界,依法实施边界管理、边防检查、边防禁区等行政措施,但不是国界。.

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肥皂泡

肥皂泡是非常薄的形成一个带虹彩表面的空心形体的肥皂水的膜。肥皂泡的存在時間通常很短,它们會因触碰其它物体或維持於空氣中太久而破裂(地心吸力令肥皂泡上方的膜變薄)。由于它们很脆弱,它们也成为美好但不实际的东西的隐喻。它们经常被用作孩童的玩物,但他们在艺术表演中的使用也表明它们对于成人也是很有吸引力的。肥皂泡还可能帮助解决空间的复杂的数学问题,因为他们总是会找到点或者边之间的最小表面。.

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邻域

在集合论中,邻域指以点 a 为中心的任何开区间,记作:U(a)。 在拓扑学和相关的数学领域中,邻域是拓扑空间中的基本概念。直觉上说,一个点的邻域是包含这个点的集合,並且該性質是外延的:你可以稍微“抖动”一下这个点而不离开这个集合。 这个概念密切关联于开集和内部的概念。.

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是一种自然降水现象。大气层中的水蒸氣凝结成小水珠,大量的小水珠形成了云。当云中的水珠达到一定质量以后就会下落至地表,这就是降雨。雨是地球水循环不可缺少的一部分,是大部分生态系统的水分来源,是几乎所有的远离河流的陆生植物补给淡水的唯一方法。雨滴也有可能在还未到达地面时就完全蒸发,有些形況就是在當雨通過森林的林木時,雨常會被森林截流,而直接蒸發入大氣中,這種情形可以減少雨對於地表的侵蝕。在有些地表炎热的地区(如沙漠地区)水分直接蒸發尤为常见。这样的降雨被称为幡状云。 在航空例行天气报告中,降雨情况的代号是RA。.

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雪是降水形式的一种,是从云中降落的结晶状固体冰,常以雪花的形式存在。雪是由小的冰颗粒物构成,是一种,它的结构开放,因此显得柔软。因为气温和湿度不同,形成的雪花有多种的形状和大小。如果在降落过程中,雪融化后又重新冻结會形成球状降雪,此类降雪有霙、霰、冰雹。.

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欧拉示性数

在代数拓扑中,欧拉示性数(Euler characteristic)是一个拓扑不变量(事实上,是同伦不变量),对于一大类拓扑空间有定义。它通常记作\chi。 二维拓扑多面体的欧拉示性数可以用以下公式计算: 其中V,E和F分别是点,边和面的个数。特别的有,对于所有和一个球面同胚的多面体,我们有 例如,对于立方体,我们有6 − 12 + 8.

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流形

流形(Manifolds),是局部具有欧几里得空间性质的空间,是欧几里得空间中的曲线、曲面等概念的推广。欧几里得空间就是最简单的流形的实例。地球表面这样的球面则是一个稍微复杂的例子。一般的流形可以通过把许多平直的片折弯并粘连而成。 流形在数学中用于描述几何形体,它们为研究形体的可微性提供了一个自然的平台。物理上,经典力学的相空间和构造广义相对论的时空模型的四维伪黎曼流形都是流形的实例。位形空间中也可以定义流形。环面就是双摆的位形空间。 一般可以把几何形体的拓扑结构看作是完全“柔软”的,因为所有变形(同胚)会保持拓扑结构不变;而把解析几何结构看作是“硬”的,因为整体的结构都是固定的。例如一个多项式,如果你知道 (0,1) 区间的取值,则整个实数范围的值都是固定的,所以局部的变动会导致全局的变化。光滑流形可以看作是介于两者之间的模型:其无穷小的结构是“硬”的,而整体结构则是“柔软”的。这也许是中文译名“流形”的原因(整体的形态可以流动)。该译名由著名数学家和数学教育学家江泽涵引入。这样,流形的硬度使它能够容纳微分结构,而它的软度使得它可以作为很多需要独立的局部扰动的数学和物理的模型。.

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流体

流体(Fluid)就是在承受剪應力時將會發生連續變形的物體。气体和液体都是流体。流体沒有一定形狀,几乎可以任意改变形態,或者分裂。.

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数学

数学是利用符号语言研究數量、结构、变化以及空间等概念的一門学科,从某种角度看屬於形式科學的一種。數學透過抽象化和邏輯推理的使用,由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察而產生。數學家們拓展這些概念,為了公式化新的猜想以及從選定的公理及定義中建立起嚴謹推導出的定理。 基礎數學的知識與運用總是個人與團體生活中不可或缺的一環。對數學基本概念的完善,早在古埃及、美索不達米亞及古印度內的古代數學文本便可觀見,而在古希臘那裡有更為嚴謹的處理。從那時開始,數學的發展便持續不斷地小幅進展,至16世紀的文藝復興時期,因为新的科學發現和數學革新兩者的交互,致使數學的加速发展,直至今日。数学并成为許多國家及地區的教育範疇中的一部分。 今日,數學使用在不同的領域中,包括科學、工程、醫學和經濟學等。數學對這些領域的應用通常被稱為應用數學,有時亦會激起新的數學發現,並導致全新學科的發展,例如物理学的实质性发展中建立的某些理论激发数学家对于某些问题的不同角度的思考。數學家也研究純數學,就是數學本身的实质性內容,而不以任何實際應用為目標。雖然許多研究以純數學開始,但其过程中也發現許多應用之处。.

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拓扑学

在數學裡,拓撲學(topology),或意譯為位相幾何學,是一門研究拓撲空間的學科,主要研究空間內,在連續變化(如拉伸或彎曲,但不包括撕開或黏合)下維持不變的性質。在拓撲學裡,重要的拓撲性質包括連通性與緊緻性。 拓撲學是由幾何學與集合論裡發展出來的學科,研究空間、維度與變換等概念。這些詞彙的來源可追溯至哥特佛萊德·萊布尼茲,他在17世紀提出「位置的幾何學」(geometria situs)和「位相分析」(analysis situs)的說法。莱昂哈德·歐拉的柯尼斯堡七橋問題與歐拉示性數被認為是該領域最初的定理。「拓撲學」一詞由利斯廷於19世紀提出,雖然直到20世紀初,拓撲空間的概念才開始發展起來。到了20世紀中葉,拓撲學已成為數學的一大分支。 拓撲學有許多子領域:.

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