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用Mathematica画一个翻卷的莫比乌斯带

本文,用Mathematica来制作一个可以不断翻卷的莫比乌斯带。具体的,如下图所示。
工具/原料
1

电脑

2

Mathematica

方法/步骤
1

以 {3 Cos[u], 3 Sin[u], 0} 为圆心、{-3 Sin[u], 3 Cos[u], 0} 为法线、半径为2的圆的参数方程是:{Cos[u] (3 + 2 Cos[u - v]), (3 + 2 Cos[u - v]) Sin[u], 2 Sin[u - v]}这其实是一个圆环。

2

令v=3*u/2,就可以画出某条莫比乌斯带的边界线:{(3 + 2 Cos[u/2]) Cos[u], (3 + 2 Cos[u/2]) Sin[u], -2 Sin[u/2]}u的取值范围是0到2*pi。

3

莫比乌斯带的参数方程是:{(3 + (-2 + 4 t) Cos[u/2]) Cos[u], (3 + (-2 + 4 t) Cos[u/2]) Sin[u],  2 (1 - 2 t) Sin[u/2]}其中,u从0到2*Pi,t从0到1。

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而:{(3 + (-2 + 4 t) Cos[n + u/2]) Cos[u], (3 + (-2 + 4 t) Cos[n + u/2]) Sin[u], 2 (1 - 2 t) Sin[n + u/2]}随着n从1递增到2*Pi,表现出来的,就是一条翻卷的莫比乌斯带。

5

上面的是一扭莫比乌斯带,下面的参数方程则是三扭莫比乌斯带:{Cos[u] (3 + (-2 + 4 t) Cos[(3 u)/2]), (3 + (-2 + 4 t) Cos[(3 u)/2]) Sin[u], 2 (1 - 2 t) Sin[(3 u)/2]}

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翻卷的三扭莫比乌斯带:{Cos[u] (3 + (-2 + 4 t) Cos[n + (3 u)/2]), (3 + (-2 + 4 t) Cos[n + (3 u)/2]) Sin[u], 2 (1 - 2 t) Sin[n + (3 u)/2]}

注意事项

具体的Mathematica代码,可以到pan.baidu.com/s/11H0HMIMp8uOMD0VvUm0Mcw下载,密码是fzvh。

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