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脑力小体操 大家的空间感有多强呢

 1 year ago
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其实本质就是非常传统的算法,沿一条棱将立方体剪开,让三个面铺平摊开。这样一来连接AB两点间最短的就是该平面上的直线,连接BC间最短的是也是直线,唯一的问题是铺平之后A点和C点所在的正方形面分开了,不相邻了。不过没关系,将相同的这三个面多复制出3份就行了,形成A-B-C-A-B-C-A-B-C-A-B-C-粘回开头A的头尾封闭折线(这种构造思维类似于replica trick)。折线一共绕了3圈,因此折线的每次转角(即α/β/γ的外角)的总和等于2π*3,
4(π-α+π-β+π-γ) = 6π
α+β+γ = 3π/2
当然,其实你也可以用更具体的算法,在注意到每条棱上的“转折”其实在摊开铺平之后应当是直线之后,就可以给每条棱上的左右两个角度命名成a, b, c, d, e, f,让a+b = c+d = e+f = π,然后再利用每个面上的四边形的内角和,加起来再用a+b = c+d = e+f = π化简即可。
另一方面,你也可以反过来,让这个问题反而变得更抽象一些,在剪开一条棱让三个面铺平摊开之后,我们可以不用知道它形成了具体由三个正方形组成的L字形,只需知道被剪开的那条棱在摊开之后被扯成了一个角度θ=π/2(也就是deficit angle)。除了应用前述的复制法将图形复制出2π/θ份并头尾相接形成封闭折线以外,还可以简单粗暴地认为其实就是折线在被剪开的棱处需要额外多转θ才能接回去,因此 π-α+π-β+π-γ = 2π-θ ,即 α+β+γ = π+θ ,这里θ就不再需要是2π的整数分之一,不需要应用前述的复制法,都可以知道θ所度量的是这个曲面上的三角形ABC偏离欧式空间的程度,在本题中就是正比于立方体那个顶角处的曲率标量。


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