球面几何及其应用(Ⅰ)

1 引言 在我们生活的地球上,地球表面十分接近于一个球面.因此,在实际生活中,球面上的几何(简称球面几何)知识有着广泛的应用.例如,大地(天体)测量、航空、卫星定位和镜面成像等方面都需要利用球面几何知识.在理论上,球面几何是一个与欧氏几何不同的几何模型,是一个重要的非欧几何的数学模型.球面几何在几何学的理论研究方面,具有特殊的重要作用.本讲重点讲述球面几何的一些基本知识,包括球面对称性与叠合公理、极与赤道、球面三角形的内角和以及球面三角形的正、余弦定理等.通过比较球面几何与欧氏平面几何的差异和联系,感受自然界中存在着丰富多彩的数学模型.下一讲重点介绍球面几何在理论与实际中的应用,例如运用球面几何定理证明欧拉公式及正多面体的分类,球面几何理论在航空导航中的应用以及球面反射和镜面成像等.     

从思想与文化的高度挖掘多面体欧拉公式的教育价值——谈高中数学课程标准中的多面体欧拉公式

2003年4月国家教育部颁布的《普通高中数学课程标准(实验)》(以下简称《标准》)中，有三处提到多面体欧拉公式．第一揣是选修系列2-1与2-2“推理与证明”专题中，把探求凸多面体的面、顶点、棱之间的数量关系(欧拉公式的发现)作为其教学参考案例；第二处是选修3-3“球面上的几何”中，要求“利用球面三角形面积公式证明欧拉公式，体验球面几何与拓扑学的关系”；     

空间形式中具有两个线性相关平均曲率函数的超曲面

在空间形式中, 我们构造了一类泛函, 其临界点包括极小与r 极小超曲面. 给出了临界超曲面的代数、微分和变分刻画. 我们证明了Simons 类不存在定理: 在单位球面中不存在稳定的临界超曲面. 同时证明了Alexandrov 类存在性定理: 在欧氏空间中球面是唯一的稳定的临界超曲面.     

高中数学的七种距离

<正>一、高中数学中的七种距离高中阶段,我们要求掌握的距离主要有七种:点与点、点与线、点与面、线与线、线与面、面与面,这六种距离是在必修教材中要求掌握的内容,属于欧氏几何学内容;第七种,即两点的球面距离,在选修3-3(球面上的几何)中出现,它可以说是学生第一次接触的非欧几何的内容,是球面几何中的距离问题.但是,由于球面几何与欧氏几何有着很大的联系,因此,在学这一部分内容的时候,我们通常采用"欧氏化"的研究方法来得出相关结论.下面,我们对这几种距离问题进行分析,并总结归纳其求解的方法和思路.     

单位球面中极小子流形的C∞紧性

本文研究了单位球面中极小子流形的C∞紧性,并得到两个紧性定理.作为应用,我们证明了存在正数δ(n),如果单位球面中极小子流形的第2基本形式的长度平方小于;2/3+δ(n),则它必须是全测地的或微分同胚于Veronese曲面.     

单位球面中极小子流形的C∞紧性

本文研究了单位球面中极小子流形的C^∞紧性,并得到两个紧性定理.作为应用,我们证明了存在正数δ(n),如果单位球面中极小子流形的第2基本形式的长度平方小于2/3n+δ(n),则它必须是全测地的或微分同胚于Veronese曲面.     

b~(2)空间及b~(2)空间上的等距映射

等距映射在空间结构的研究中起着很重要的作用,是泛函分析研究的有利工具.本文将介绍一类特殊的F空间,b~(2)空间,然后给出该空间单位球面间满等距映射的表现定理,进而得出b~(2)空间单位球面上满等距映射的线性延拓结论.     

用球面上正(余)弦定理探求平面上的正(余)弦定理

高中数学新教材《球面上的几何》介绍了球面上的正(余)弦定理.在数学发展的历程中,人们是在发现球面上的正(余)弦定理之后才发现平面上的正(余)弦定理,我们能否利用球面上的正(余)弦定理来导出平面上的正(余)弦定理呢?本文将对这一问     

欧拉定理、费马定理的另证

欧拉定理和费马定理是数论中两个非常著名而重要的定理.欧拉定理设m是大于1的整数,(a,m)=1则aφ(m)≡1(modm)其中φ(m)为欧拉函数,即φ(m)为0,1,2,…,m-1中与m互质的数的个数.费马定理若p是素数,则ap≡a(modp)费马定理是欧拉定理的推论,在各种教科书上,欧拉定理都是通过简化剩余系而获得的.由费马定理易证以下事实:若p为素数,h1,h2,…,hn为整数,则(h1 h2 … hn)p≡h1p h2p … hnp(modp)本文的思路是:先证上面的事实,然后导出费马定理,最后在费马定理的基础上推出欧拉定理.用数学归纳法证明.(Ⅰ)当n=1时,h1p=h1p(modp)显然成立.(Ⅱ)假设n=k(k…     

从第二类梯度算子和第二类积分定理到Gauss（球面）映射不变量

将第二类梯度算子、第二类积分定理、Gauss曲率相关的积分定理和Gauss（球面）映射相结合,证明了一系列Gauss（球面）映射不变量．从这些不变量中,得到一系列从原始曲面到（Gauss单位）球面的变换．这些不变量和变换,在几何学、物理学、生物力学和力学中,都有潜在的用途．     

球面上的几何性质

对于复平面，我们构造一个一一映射，使复平面上的点能够在一个三维球面上被表示，称为复数的球面几何表示．通过这样一个一一映射，我们可将对平面上的复数的研究转移到一个有限的三维空间上去，并在这个新的空间中讨论复数在其上的一些性质及关系．     

单位球面中极小子流形的曲率拼挤

本文证明了单位球面中极小子流形的一些拼挤定理,特别注意到单位球面中的极小超曲面、给出了截曲率的拼挤常数,我们也改进了由Ｎ．Ｅｊｉｒｉ得到的Ｒｉｃｃｉ曲率拼挤常数。     

关于单位球面的子流形的一个Pinching定理

设Ｍ是单位球面的一个浸入子流形，ＵＭ＝∪ＵＭｘ是Ｍ的单位切丛.本文研究函数ｆ（ｘ）＝ｍａｘ－Ｂ（ｕ，ｕ）－Ｂ（ｖ，ｖ）２。其中Ｂ是Ｍ的第二基本形式．当Ｍ具平行平均曲率时，我们给出关于第二基本形式的一个Ｐｉｎｃｈｉｎｇ定理．对Ｍ是极小的情形，我们有相同的讨论．     

多面体欧拉定理

欧拉定理是数学第二册(下)中的研究性 学习课题．学习欧拉定理有助于我们进一步掌 握多面体的顶点数、面数和棱数之间的关系． 欧拉定理是指简单多面体的顶点数V、面 数F和棱数E之间有关系V+F-E=2．     

正规函数,正规族和一致正规族（英文）

首先将亚纯函数的球面导数这个概念推广至更一般的形式即涉及亚纯函数的高阶导数的形式,然后利用著名的Zalcman引理和推广的球面导数研究了单位圆上亚纯函数族的正规定则和一致正规定则.所得的定理推广了Lappan五值定理和Marty准则,并改进了关于正规函数和正规族的一些已知结果.     

两个同类的E_((2))型空间线性等距映射的表现定理

该文得到了两个同类的E_((2))型空间单位球面间等距线性算子的表现定理,这是首次在非具体范数的情形下取得此类结果.     

凸多面体欧拉定理的证明

<正>拓扑学是数学的一个分支,在二十世纪才成为一门独立的学科.但个别的拓扑问题欧拉早在十八世纪就开始研究了,著名的凸多面体的欧拉定理是第一个重要的拓扑学成果.定理对于任何凸多面体,设V是多面体的顶点数,F是面数,E是棱数,则     

球面Schrdinger算子的迹

本文研究球面Schrdinger算子,即带势扰动项的球面调和算子。关于它的特征值渐近式,近年有W.Harold的工作。本文利用作者在中获得的估计及伴随Legendre函数的加法公式,算出平均迹与迹,并用以证明相应的特征值反问题的Ambarzumjan型唯一性定理。 1.设S为R~3的单位球面。(S)为S上平方可积函数组成的Hilbert空间。内积(u,v)定义为uv在S上的积分。考察球面调和算子     

欧拉线

欧拉(公元1707～1783)1765年出版的《三角形的几何学》一书中,篇首介绍了一个著名定理:“三角形的外心、垂心和重心都在一条直线上,而且外心和重心的距离是垂心和重心的距离之半”.后人称三角形的外心、垂心和重心所在直线为欧拉线.下面我们通过对这个定理的证明来认识欧拉线.     

n维双曲空间和n维球面空间中的正弦定理及应用(英文)

本文研究了n维双曲空间和n维球面空间中单形的正弦定理和相关几何不等式.应用距离几何的理论和方法,给出了n维双曲空间和n维球面空间中一种新形式的正弦定理,利用建立的正弦定理获得了Hadamard型和Veljan-Korchmaros型不等式.另外,建立了涉及两个n维双曲单形和n维球面单形的"度量加"的一些几何不等式.