目的
認識不同於一般視覺或一般認知的歐氏(幾何)空間
實驗
實驗裝置:雙曲面模型、黃色細繩(黑色之對比色)、量角器三個。
我們都知道三角形內角和為,然在本實驗中用繩子在曲面模型上圍出一個三角型,並量測這個三角型的內角和,可觀察出本實驗與歐氏幾何的差異。
原理思考
為何曲面上的三角形的內角和不是呢?
在歐氏幾何中,三角形內角和為。然數學上的空間並非只有一種,每種空間都有不一樣的性質,一般我們熟知的空間為歐氏幾何。 並非所有的空間都和歐氏幾何的公設一樣。例如在歐氏空間上的三角形角度和為,但實驗中雙曲面上的三角形之角度,經量測後發現角度和明顯小於。 此種現象亦可延伸思考其他的幾何學,例如計程車幾何就是其一(又稱曼哈頓距離),假設計程車在一個規則的城市中行駛(方格),他只能水平和鉛直移動。 若要從A點走到B點,以一般的思維,就是將A和B直接穿過格子連起來。但在計程車幾何上,就只能走垂直或水平的路徑上,也就是說AB線段可以是鋸齒狀,也可以是兩條垂直線段,且此兩條直線長度都一樣。
問題討論
以本實驗為例,在歐氏空間中,若角度不變但邊長變長,三角形的面積會增持續加;同樣的情況,在曲面空間中,三角形的面積會增加?減少?不變?其角度和會增加?減少?不變?
在歐氏空間上的三角形,角度不變的情況下,隨著長度的增加,面積可趨近於無窮大;但在雙曲面上,面積幾乎沒有改變,但角度和卻一直減少並趨近於0。
參考資料
“Lobachevskian Geometry”, 1829, Russia. Nikolai Ivanovich Lobachevsky
“The Science of Absolute Space”, 1832, Hungary. János Bolyai
維基百科(http://zh.wikipedia.org/zh-tw/曼哈頓距)
製作
v.1 詹翔豪
指導老師
易台生、朱慶琪
撰稿
詹翔豪