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Poincaré 双曲空间,万花筒的数学,Coxeter 群(下)

 

万花筒是我们都不陌生的玩具:将三块镜子搭成一个三棱柱,用一个封闭的圆筒包起来。圆筒的一端开一个小口(用来观察),另一端用一个盖子盖住,盖子的一面是透明的,另一面是不透光的,两面之间的夹层中填充有一些彩色的图案。当观察者转动万花筒的时候,图案也会随之重新排列,从而它们在三个镜子中生成的(很多)虚像也会发生变化,就产生了各种不同的奇妙景象。

那么万花筒背后有怎样的数学呢?

在制作万花筒的时候,我们希望生成的图案是符合某种规则的,具有一定对称性(比如上面的图)。这是一个很自然的美学要求,这就对镜子的夹角提出了限制。事实上如果镜子的夹角可以任意调整的话,你会发现大多数时候得到的图案是乱七八糟没什么规律的,并不好看。说的准确点,就是我们希望通过选择镜子间合适的夹角,使得图案的所有虚像互相是不重叠的。

 

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