1、很久很久以前,有一个地主。地主有一个老管家,当了一辈子仆人,打算告老归田。几十年主仆,也算有点情分。于是地主说,这样吧,你从我这里扯一根线,到我的田里圈一块地,圈多少算多少,全归你。老管家是个神人,眼珠子转了转,说:“你让我扯一根线,那我就扯一根直线吧。直线可不是线段哦,它的长度是无穷大。”哟,地主一惊,这不是要连我家一块儿吞了么。不过所谓道高一尺魔高一丈,他把袖子一捋:“好啊,无穷大就无穷大,但是得我来围。”,怎么围呢?他先画了一个等边三角形,说,这块地有一亩。管家半是好奇地点点头。接着地主把各边的三分之一抹去,换成等长的两条线段: 这样,每条边的长度增加了三分之一。从形状上看,每边多出了一
2、个小号的三角形。然后他在每个新的小三角形上重复同样的步骤,得到了更多更小的三角形。这样不停地重复下去,得到的图案看起来就像一片雪花。,地主说,如果我永远地进行下去,这片雪花的周长将变成无穷大,里面圈起来的面积都归你。管家大喜过望,永远进行下去,这面积不就永远增加下去嘛!赶快说:“老爷,你一言既出,可不许反悔啊!”地主说,“那当然,该多少是多少。” 咦,这么爽快,难道这里头有猫腻?可不能被他忽悠了啊。管家嘛,精打细算可是看家本领,于是他盘算开了:这个图案有很明显的规律性每次增长,都是在每条小边上增加一个三角形。那么如果知道总共有几条小边,也就能算出总共增加多少个三角形。嗯,看来,最关键的是找出边
3、数增加的规律。,起始的三角形3条边,那么第一步得到的新图形就有3x4=12条边,第二步得到的图形就有3x4x4=48条边,接下去就是3x4x4x4条边。所以,从三角形开始,第一次增加了3个三角形,第二次增加了3x4=12个,第三次3x4x4=48个,接下去是3x4x4x4个。,太好了,最后就是算出每次增加的三角形的面积,把它们加起来就能算出总面积。这很容易,因为新三角形的边长都是老三角形的三分之一,所以新三角形的面积是老三角形的九分之一。老管家一系列推算的心理活动全在这儿。经过一番心算,他终于得出了面积的计算公式。想想是什么呢?,啊哈,原来是一个等比数列!等比就是不停地乘上一个相同的比值。他记
4、起高中老师教过怎么算等比数列的和。对于形如 的式子,如果r小于1的话,即使这个数列无限延伸下去,它的和也是有限的。根据求和公式,得出面积是原面积的八分之五。,管家傻眼儿了,费了这么半天劲,原来才一亩二分地啊!是不是搞错了?地主肯定耍花招了,这么下去周长肯定不是无穷大。管家重新检查了一下周长:每次抹去各条边的三分之一,换成两条相同长度的线段,那么就变成了原先的三分之四。每条边增长相同的比例,总周长就也增长到原先的三分之四。,如果起始的周长是L,那么第二步就变成 L,第三步是 L,第n步就是 L,管家记得高中数学老师也教过,如果每次都乘上一个大于1的比数,这样永远进行下去,最后的数值就趋于无穷大。
5、也就是说,只要我们不停地让n增加,周长L是没有极限的。,管家这回可懵了。这是个什么怪物,无穷的周长,却只围成一亩六分地!他看了看一脸坏笑的地主,真想一头撞死算了。老大,你牛,你不愧是地主!,当我们的老管家在他的一亩六分地上享受夕阳红的时候,我们再看一眼这个奇妙的雪花吧。你有没有发现,其实它可以是任意的大小?如果开始我们规定六角形的面积是1公顷而不是1亩,那雪花的面积就是1.6公顷。或者如果把三角形缩小成1平方米,那就会得到1.6平方米的雪花。可是,不管面积大还是小,周长永远趋于无穷。奇怪不奇怪?,二、空间 莫比乌斯带,莫比乌斯圈是一种单侧、不可定向的曲面。将一个长方形纸条ABCD的一端AB固定
6、,另一端DC扭转半周后,把AB和CD粘合在一起 ,得到的曲面就是莫比乌斯圈,也称莫比乌斯带。,小实验,实验一在裁好的一张纸条正中间画一条线,粘成“莫比乌斯带”,再沿线剪开,把这个圈一分为二。 实验二在纸条上划两条线,把纸条三等分,再粘成“莫比乌斯带”,用剪刀沿画线剪开,剪刀绕两个圈竟然又回到原出发点,猜一猜,剪开后的结果是什么?,实验一如果在裁好的一张纸条正中间画一条线,粘成“莫比乌斯带”,再沿线剪开,把这个圈一分为二,照理应得到两个圈儿,奇怪的是,剪开后竟是一个大圈儿。 实验二如果在纸条上划两条线,把纸条三等分,再粘成“莫比乌斯带”,用剪刀沿画线剪开,剪刀绕两个圈竟然又回到原出发点,猜一猜,
7、剪开后的结果是什么,是一个大圈?还是三个圈儿?都不是。它究竟是什么呢?你自己动手做这个实验就知道了。你就会惊奇地发现,纸带不是一分为二,而是一大一小的相扣环。,莫比乌斯环奇妙之处,一、莫比乌斯环只存在一个面。 二、如果沿着莫比乌斯环的中间剪开,将会形成一个比原来的麦比乌斯环空间大一倍的、把纸带的端头扭转了两次再结合的环(并不是莫比乌斯带,在本文中将之编号为:环0),而不是形成两个莫比乌斯环或两个其它形式的环。 三、如果再沿着环0的中间剪开,将会形成两个与环0空间一样的、具有正反两个面的环,且这两个 环是相互套在一起的(在本文中将之编号为:环1和环2),从此以后再沿着环1和环2以及因沿着环1和环2中间剪开所生成的所有环的中间剪开,都将会形成两 个与环0空间一样的、具有正反两个面的环,永无止境且所生成的所有的环都将套在一起,永远无法分开、永远也不可能与其它的环不发生联系而独立存在。,