什么是第四空間四維空間具體維數(shù)介紹(2)
什么是第四空間四維空間具體維數(shù)介紹
可以推斷出:
1. 具有相同維數(shù)的兩個空間,在某些條件下,確定另一個高一維的空間。例如:兩個點(我們將它們看作兩個零維空間)確定一條直線(一維空間)。屬于同一個點(規(guī)定的條件)的兩條直線(兩個一維空間)也屬于同一個平面(二維空間)。
2. 具有相同維數(shù)的兩個空間,在某些條件下,也可以確定一個低一維的空間。例如:兩個平面(兩個二維空間)確定一條屬于它們的直線(一維空間)。屬于同一平面(限定的條件)的兩條直線(兩個一維空間)確定一個點(零維空間)。
3. 結論2沒有包括這一事實,即兩個平面可以確定一個高一維的空間。它只假定它們確定一條直線,這是比平面低一維的空間。這就留下了一個把我們的思想引申到高維空間的缺口。這個缺口的消除可在推論1.3“屬于同一個點的兩條直線也屬于同一個平面”中,用幾何元素直線、平面和三維空間依次的代替幾何元素點、直線和平面來達到。
下面的推論是替換的結果。屬于同一條直線的兩個平面也屬于同一個三維空間。
有了這個新的推論,我們就把與其他幾何元素直接對應的幾何元素——三維空間也包括了。
下一步是把對偶原理應用于這一推理,并從這些新引申的推論中得到一些固有的結論。在對偶原理將通過幾何元素——平面和空間的位置交換而被應用。這時我們得到下述推論:
屬于同一條直線的兩個三維空間也屬于同一個平面。 1.5
從推論1.5我們可以得到下述公設:
屬于一個平面的兩個共存的三維空間確定這一個平面。 1.6
在上述1.5和1.6的基礎上,可以提出下面的看法:
1.四維空間的幾何條件是很明顯的,因為維數(shù)相同的兩個已知空間,只能共存于比它們高一維的空間里。例如:兩條不同的共存直線(一維)位于一個平面內(二維);兩個不同的共存平面(二維)(沿一直線共存)位于一個三維空間里;兩個不同的共存三維空間(沿一個平面共存)位于一個四維空間里。
2. 在幾何上被看作是不屬于同一直線而相交于一點的兩個平面,屬于不同的各別的三維空間。
四維空間的概念也可以通過解析幾何的手段來研究。在那里我們可以利用代數(shù)方程來表示幾何概念。為了利用這個手段進行觀察以導致對四維空間的理解,我們來研究三維空間體系中的三個幾何元素——點、直線和平面的方程。利用笛卡爾系統(tǒng)表示,我們可以寫出:
點的方程:ax + b = 0 (坐標系:直線上的一個點)。
直線的方程:ax + by + c = 0 (坐標系:平面上的兩條正交直線)。
平面的方程:ax + by + cz + d = 0 (坐標系:三維空間的三個互相垂直的平面)。
從上面的研究我們可以看出:
所表示的每一個幾何元素(或空間)的方程中的變量數(shù)目,等于這個空間的維數(shù)加1。
坐標系中的幾何元素與被表示的幾何空間的幾何元素的維數(shù)相同。
在這個坐標系中,幾何元素的數(shù)目等于被表示的空間的維數(shù)加1。在坐標系中,幾何元素的這個數(shù)目是最低要求。
用來表示幾何元素的坐標系,位于比它所含有的幾何元素高一維的空間里。
根據(jù)上述觀察,我們可以寫出三維空間的下述方程。應當注意:這個方程有四個變量(x、y、z、u)。
ax + by + cz + du + e = 0
現(xiàn)在我們可以斷定:
1. 這個坐標系的幾何元素有三維,即它們是三維空間。
2. 在這個坐標系中有四個三維空間。
3. 這個坐標系位于一個四維空間里。
我們對于四維空間乃至更高空間的研究,不是通過實驗總結的方式,在現(xiàn)實中我們很難發(fā)現(xiàn)并推導出它們的一般規(guī)律,對于這些問題,我們可以采取一種新的研究方式。即:純概念的研究。通過這種方式,我們可以容易的推導出這些很重要但在現(xiàn)實中不易想象的新內容。
四維具體維數(shù)
0維
○維:沒有長寬高,單純的一個點,如奇點。
一維
一維空間只有長度
二維
二維空間平面世界,只有長寬
三維
三維空間長寬高 立體世界 我們肉眼親身感覺到看到的世界 三維空間是點的位置由三個坐標決定的空間??陀^存在的現(xiàn)實空間就是三維空間,具有長、寬、高三種度量。數(shù)學、物理等學科中引進的多維空間概念,是在三維空間基礎上所作的科學抽象。
四維
四維空間一個時空的概念 日常生活所提及的“四維空間”,大多數(shù)都是指阿爾伯特·愛因斯坦在他的《廣義相對論》和《狹義相對論》中提及的“四維時空”概念。我們的宇宙是由時間和空間構成。時空的關系,是在空間的架構上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸,而這條時間的軸是一條虛數(shù)值的軸。根據(jù)阿爾伯特·愛因斯坦相對論所說:我們生活中所面對的三維空間加上時間構成所謂四維空間。
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2.薛來經典演講稿