高维空间中最不可思议的发现——球内的立方体,没有人可以理解(3)
2023-05-01 来源:飞速影视
正如你所看到的,如果我们从一个0维立方体开始,在原点上的一个单点,然后沿着一个方向“扫过”空间,得到长度为d的单位,我们就得到了一个1立方体,这是一条长度为d的直线!然后,如果我们取一个立方体(一条线),在空间中以一个新的(第二个)方向扫过一个长度为d的单位,我们就得到了一个2维立方体,它是一个边长为d的正方形!你开始明白了吗?最后,如果我们取2维立方体(一个正方形),在空间中以新的(第三个)方向扫过一个长度为d的单位,我们就得到了3维立方体,目前为止,都很完美!
那么,接下来会发生什么呢?我们如何从3维立方到4维立方?好吧,让我们做一件和之前的情况完全一样的事情:我们用3维立方体,以一个新的(第四个!!)方向扫过空间,长度为d个单位,这就得到了一个4维立方。我想肯定有不少人会问:“新第四方向是什么?”“我们都有很强的三维(方向)意识:左/右,前/后,上/下。也许我们听说过时间被称为第四维度。但是在第四个方向上移动d个单位是什么意思呢?老实说,我不知道。但这正是它如此有趣的原因!
不管怎样,我们已经迁移到我们无法想象的神奇空间世界,记住我们不能失去希望。我们必须简单地用数学工具装备自己,然后继续向黑暗前进!现在,我们的主要工具只是一个简单的事实,即一个边长为d的n维立方体是通过将一个(n-1)维立方体在空间中以新的方向/维度扫过一个长度为d的单位来形成的。
立方体的角在哪里?
既然我们已经对n维球体和n维立方体有了清晰的理解,我们怎么才能让我们的头脑“爆炸”呢?让我们从一个非常简单的二维场景开始,一个2维立方体,边长为1个单位,里面有一个半径为1个单位的2维球体(圆),它们都以原点为中心。这只是一个圆里面的正方形,就像下图所示这样:
根据定义,我们知道从2维球体的中心到2维球体的边缘的距离是1个单位,然而,对于2维立方体,中心到边缘的距离取决于方向。例如,我们知道沿水平或垂直轴的距离是0.5个单位(边的一半长度):
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