半球面

科技工作者之家 2020-11-17

任何过球心的平面都把它分成两个相等的半球面。过球心的任何两个相交平面都将球体细分为四个球面二角形,其顶点全部与位于平面交线上的对径点重合。

简介任何过球心的平面都把它分成两个相等的半球面。过球心的任何两个相交平面都将球体细分为四个球面二角形,其顶点全部与位于平面交线上的对径点重合。

球体的对径商空间是实射影平面,它也可以被看作是北半球,赤道的对映点被确定。

有猜想认为半球是黎曼圆的最佳(最小面积)等长填充。

球面球面是三维空间中完全圆形的几何物体,它是圆球的表面。就像在二维空间中的圆的定义一样,球面在数学上定义为三维空间中离给定的点距离相同的点的集合r。这个距离r是球的半径,球(ball)则是由离给定点距离小于r的所有点构成的几何体,而这个给定点就是球心。球的半径和球心也是球面的半径和中心。两端都在球面上的最长线段通过球心,其长度是其半径的两倍;它是球面和球体的直径。1

尽管在数学之外,术语“球面”和“球”有时可互换使用,但在数学中是明确区分的:球面是一种嵌在三维欧几里得空间内的二维封闭曲面,而球是一种三维图形,其包括球面和球面内部的一切(闭球),不过更常见的定义是只包括球面内部的所有点,不包括球面上的点(开球)。这种区别并不总是保持不变,尤其是在旧的数学文献里,sphere(球面)被当作固体。这与在平面上混用术语“圆”(circle)和“圆盘”(disk)的情况类似。

推广球面可以推广到任意维数的空间。对于任意自然数n,n-球面(常写为S)是(n+ 1)维欧几里得空间中离该空间的一个中心点距离固定为r的点的集合,其中r与前面一样是正实数。特别地:1

S0:0-球体是实线的区间[−r,r]的一对端点;

S1:1-球面是半径为r的圆;

S2:2-球面是普通的球面;

S3:3-球面是四维欧氏空间中的球面。

n> 2的球面有时称作超球面 。以原点为中心的单位半径n球面表示为S,通常称为“n球面”。请注意,普通球面是一个2-球面,因为它是一个二维曲面(它嵌入在三维空间中)。单位(n-1)-球面的表面积是:

其中Γ(z)是欧拉发现的伽马函数。

表面积的另一种表达式为:

体积等于表面积乘以rn,或者说:

对于n球的体积也存在一般递归公式。

本词条内容贡献者为:

王伟 - 副教授 - 上海交通大学

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