数学之线:如何缝制双曲伪球面

这是一个双曲伪球面——仅用纱线和钩针制成。双曲几何描述的是负曲率的表面。

克劳迪娅·卡兰萨和肖恩·劳顿

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这是一个双曲伪球面——仅用纱线和钩针制成。

双曲几何描述的是负曲率的表面。负曲率出现在珊瑚礁、羽衣甘蓝叶和品客薯片中。具有负曲率的表面在每个点都像马鞍一样——您的腿 resting 在向下弯曲的表面上,而马鞍的前后弯曲向上。

在过去的十年左右,许多数学家都接受了钩针编织,既作为可视化双曲几何中复杂概念的一种方式,又作为一种外展活动:经过少许指导和实践,即使是高中生也可以创建自己的双曲模型。

如图所示,伪球面是一个具有恒定负曲率的双曲面。它的命名类比于球面,球面具有恒定正曲率(每个点都与其他点一样弯曲)。有些人会称其为半伪球面;它类似于地球的半球之一,中间突出的点(在本图中由橙色纱线支撑)是“北极”。

黛娜·泰米娜是第一位使用钩针编织创建双曲平面模型的数学家。她注意到纸模型非常脆弱,并想要更坚固的东西,以便更自由地操作和探索双曲空间。她转向纱线。使用钩针编织创建负曲率相对简单:在每一行中,您以恒定速率添加针脚。添加针脚的频率越高,表面就越卷曲(负曲率越大)。

肖恩·劳顿,德克萨斯大学泛美分校的数学助理教授,是追随泰米娜脚步的众多数学家之一。他使用双曲钩针编织作为推广教学工具。他曾与从初中到大学的学生合作,并在图书馆和博物馆举办过公开讲座、演示甚至钩针编织教学课程。

这里展示的伪球面是由克劳迪娅·卡兰萨创作的,她是一名本科生,在成为公立学校教师之前曾与劳顿合作。对于这个项目,她每三针增加一针。如您所见,边缘变得非常卷曲。她花了一年时间制作了这个作品,但她说:“如果我坐下来不停地工作,我估计可能需要大约一周的时间。”

–伊芙琳·兰姆

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