鸡蛋的数学:
鸡蛋的形状   
鸡蛋是什么形状?我们能精确描述它吗?能精确画出来吗?
要注意的第一件事是鸡蛋是非常对称的物体。如果我们从许多不同方向看一个鸡蛋,那么从各个方向看过去的样子并无不同。例如,假设你把鸡蛋大头的中心胶在桌面上,鸡蛋就竖起来了,如图所示。
如果你绕着这张桌子走,你会发现无论从哪个方向看,蛋的样子都是一样的。(将你的鼠标移动到画面的顶部,观看动画。)
如果你用一根长针刺穿鸡蛋,从鸡蛋的大端中心穿到小端中心,如图所示,你会看到同样的效果。如果你手执这根针放在你眼前慢慢捻转,你看到的蛋的轮廓丝毫不变。
这根针叫做鸡蛋的旋转对称轴。
以下是几道思考题:
鸡蛋还有其它对称轴吗?
- 你能想出具有对称轴的其它形状吗?
鸡蛋的对称非常有助于描述它的形状:我们可以想像用一把锋利的小刀沿对称轴把鸡蛋从头到底切成两半。现在这两半都有一个平面了。
我们看到的这个平面叫做鸡蛋的截面。我们只要围绕对称轴旋转这个二维截面,就可以重建整个三维鸡蛋的形状。用数学语言来说,鸡蛋表面(蛋壳)是个
旋转曲面
。
我们现在要做的一切就是描述这个截面的形状!这个形状叫做卵形(oval,这个英文词来自用于鸡蛋的一个拉丁词,意思是“具有鸡蛋的形状”)。你可以看到它像个一头有点压扁的椭圆。不过,椭圆相当接近于正确的形状。所以为了精确描述鸡蛋的形状,首先让我们研究椭圆。
画椭圆有一个众所周知的方法:用
针线
。这个方法可用来推导
椭圆的方程。
椭圆是那么精美,你不难看出椭圆实际上不是蛋形的!椭圆的两头看上去一模一样,而鸡蛋截面的一头要比另一头尖削。所以我们怎样才能做得更好些呢?有两种类型的曲线看上去都更像是鸡蛋的截面:
进一步的阅读材料...
实际上有许多别的可能性。如果你想了解更多的有关曲线,可参阅Edward H. Lockwood所著的A Book of Curves(Cambridge Press,1961),如果你不愿下网,有一个很好的关于
平面曲线
的苏格兰网站
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