球面 きゅうめん (英語 えいご :sphere )是 これ 三 さん 维空间中 ちゅう 完全 かんぜん 圆形的 てき 几何 物体 ぶったい ,它是圆球 的 てき 表面 ひょうめん (类似于在二 に 维空间中,“圆 ”包 つつみ 围着“圆盘 ”那 な 样)。
就像在 ざい 二维空间中的圆的定义一样,球面 きゅうめん 在 ざい 数学 すうがく 上 じょう 定 てい 义为三维空间中离给定的点距离相同的点 てん 的 てき 集合 しゅうごう r 。 [ 1] 这个距离 r 是 ぜ 球 だま 的 てき 半径 はんけい ,球 たま (ball)则是由 よし 离给定点 ていてん 距离小 しょう 于 r 的 てき 所有 しょゆう 点 てん 构成的 てき 几何体 たい ,而这个给定点 ていてん 就是球心 きゅうしん 。球 たま 的 てき 半径 はんけい 和 わ 球心 きゅうしん 也是球面 きゅうめん 的 てき 半径 はんけい 和 わ 中心 ちゅうしん 。两端都 と 在 ざい 球面 きゅうめん 上 じょう 的 てき 最 さい 长线段通 だんつう 过球心 しん ,其长度 ど 是 ぜ 其半径 はんけい 的 てき 两倍;它是球面 きゅうめん 和 わ 球体 きゅうたい 的 てき 直径 ちょっけい 。
尽 つき 管 かん 在 ざい 数学 すうがく 之 の 外 そと ,术语“球面 きゅうめん ”和 かず “球 たま ”有 ゆう 时可互换使用 しよう ,但 ただし 在 ざい 数学 すうがく 中 ちゅう 是 ぜ 明 あかり 确区分 くぶん 的 てき :球面 きゅうめん 是 ぜ 一种嵌在三维欧 おう 几里得 とく 空 そら 间内的 ないてき 二 に 维封闭曲面 めん ,而球 たま 是 ぜ 一 いち 种三 さん 维图形 がた ,其包括 ほうかつ 球面 きゅうめん 和 わ 球面 きゅうめん 内部 ないぶ 的 てき 一切 いっさい (闭球 ),不 ふ 过更常 つね 见的定 てい 义是只 ただ 包括 ほうかつ 球面 きゅうめん 内部 ないぶ 的 てき 所有 しょゆう 点 てん ,不 ふ 包括 ほうかつ 球面 きゅうめん 上 じょう 的 てき 点 てん (开球 )。这种区 く 别并不 ふ 总是保持 ほじ 不 ふ 变,尤 ゆう 其是在 ざい 旧 きゅう 的 てき 数学 すうがく 文献 ぶんけん 里 さと ,sphere(球面 きゅうめん )被 ひ 当 とう 作 さく 固体 こたい 。这与在 ざい 平面 へいめん 上 うえ 混用 こんよう 术语“圆”(circle)和 かず “圆盘”(disk)的 てき 情 じょう 况类似 に 。
在 ざい 解析 かいせき 几何中 なか ,球心 きゅうしん 为 (x 0 , y 0 , z 0 ) ,半径 はんけい 为 r 的 てき 球面 きゅうめん 是 ぜ 满足下面 かめん 方 かた 程 ほど 的 てき 所有 しょゆう 点 てん (x , y , z ) 的 てき 轨迹
(
x
−
x
0
)
2
+
(
y
−
y
0
)
2
+
(
z
−
z
0
)
2
=
r
2
.
{\displaystyle (x-x_{0})^{2}+(y-y_{0})^{2}+(z-z_{0})^{2}=r^{2}.}
令 れい a, b, c, d, e 为实数 すう ,a ≠ 0 ,并且
x
0
=
−
b
a
,
y
0
=
−
c
a
,
z
0
=
−
d
a
,
ρ ろー
=
b
2
+
c
2
+
d
2
−
a
e
a
2
.
{\displaystyle x_{0}={\frac {-b}{a}},\quad y_{0}={\frac {-c}{a}},\quad z_{0}={\frac {-d}{a}},\quad \rho ={\frac {b^{2}+c^{2}+d^{2}-ae}{a^{2}}}.}
如果
ρ ろー
<
0
{\displaystyle \rho <0}
,则那么下面 めん 的 てき 方 かた 程 ほど
f
(
x
,
y
,
z
)
=
a
(
x
2
+
y
2
+
z
2
)
+
2
(
b
x
+
c
y
+
d
z
)
+
e
=
0
{\displaystyle f(x,y,z)=a(x^{2}+y^{2}+z^{2})+2(bx+cy+dz)+e=0}
没 ぼつ 有 ゆう 实数根 ね ,称 しょう 为虚 きょ 球面 きゅうめん 的 まと 方 かた 程 ほど 。如果
ρ ろー
=
0
{\displaystyle \rho =0}
,则
f
(
x
,
y
,
z
)
=
0
{\displaystyle f(x,y,z)=0}
的 てき 唯 ただ 一 いち 解 かい 是 ぜ 点 てん
P
0
=
(
x
0
,
y
0
,
z
0
)
{\displaystyle P_{0}=(x_{0},y_{0},z_{0})}
,此时该方程 ほど 称 たたえ 作 づく 点 てん 球面 きゅうめん 的 まと 方 かた 程 ほど 。还有一 いち 种,就是在 ざい
ρ ろー
>
0
{\displaystyle \rho >0}
的 てき 情 じょう 况下,
f
(
x
,
y
,
z
)
=
0
{\displaystyle f(x,y,z)=0}
是 ぜ 球面 きゅうめん 的 てき 方 かた 程 ほど ,其中心 ちゅうしん 是 ぜ
P
0
{\displaystyle P_{0}}
,半径 はんけい 是 ぜ
ρ ろー
{\displaystyle {\sqrt {\rho }}}
。[ 1]
如果上述 じょうじゅつ 等式 とうしき 中 ちゅう 的 てき a 是 ぜ 零 れい ,那 な 么 f (x , y , z ) = 0 就成为了平面 へいめん 方 かた 程 ほど 。因 よし 此,平面 へいめん 可 か 以认为是球心 きゅうしん 在 ざい 无穷远点 的 てき 球面 きゅうめん 。[ 2]
半径 はんけい
r
>
0
{\displaystyle r>0}
,中心 ちゅうしん 在 ざい
(
x
0
,
y
0
,
z
0
)
{\displaystyle (x_{0},y_{0},z_{0})}
的 てき 球面 きゅうめん 上 じょう 的 てき 点 てん 可 か 以写成 なり 参 さん 数 すう 方 ぽう 程 ほど
x
=
x
0
+
r
sin
φ ふぁい
cos
θ しーた
y
=
y
0
+
r
sin
φ ふぁい
sin
θ しーた
(
0
≤
φ ふぁい
≤
π ぱい
,
0
≤
θ しーた
<
2
π ぱい
)
z
=
z
0
+
r
cos
φ ふぁい
{\displaystyle {\begin{aligned}x&=x_{0}+r\sin \varphi \;\cos \theta \\y&=y_{0}+r\sin \varphi \;\sin \theta \qquad (0\leq \varphi \leq \pi ,\;0\leq \theta <2\pi )\\z&=z_{0}+r\cos \varphi \,\end{aligned}}}
[ 3]
以原点 てん 为中心 ちゅうしん 的 てき 任意 にんい 半径 はんけい 的 てき 球面 きゅうめん 是 ぜ 以下 いか 微分 びぶん 形式 けいしき 的 てき 积分曲面 きょくめん :
x
d
x
+
y
d
y
+
z
d
z
=
0.
{\displaystyle x\,\mathrm {d} x+y\,\mathrm {d} y+z\,\mathrm {d} z=0.}
这个方 かた 程 ほど 反映 はんえい 了 りょう 在 ざい 球面 きゅうめん 上 じょう 行 ぎょう 进的点 てん 的 てき 位置 いち (x , y , z ) 和 かず 速度 そくど 向 むこう 量 りょう (dx , dy , dz ) 总是彼此 ひし 正 せい 交的 てき 。
球面 きゅうめん 还可以通过以任 にん 何 なに 直径 ちょっけい 为轴,把 わ 圆旋转一周 いっしゅう 形成 けいせい 的 てき 表面 ひょうめん 来 らい 构造。由 よし 于圆是 ぜ 一 いち 种特殊 こと 的 てき 椭圆 ,所以 ゆえん 球面 きゅうめん 也是一种特殊的椭球面。椭圆围绕其长轴旋转形成 けいせい 的 てき 曲面 きょくめん ,就是长球面 めん ;如果绕短轴旋转,就会形成 けいせい 一 いち 个扁球面 きゅうめん 。[ 4]
将 はた 圆柱外接 がいせつ 到 いた 一 いち 个球面 めん 上 じょう
在 ざい 三 さん 维中,球面 きゅうめん 内包 ないほう 围的体 からだ 积 (即 そく 球 たま 的 てき 体 からだ 积)是 これ
V
=
4
3
π ぱい
r
3
{\displaystyle V={\frac {4}{3}}\pi r^{3}}
其中 r 是 ぜ 球面 きゅうめん 的 てき 半径 はんけい 。阿 おもね 基 もと 米 まい 德 とく 首 くび 先 さき 推导出 で 了 りょう 这个公式 こうしき ,他 た 通 どおり 过证明 あかり 球体 きゅうたい 内的 ないてき 体 たい 积是球体 きゅうたい 内部 ないぶ 与 あずか 外接 がいせつ 圆柱体 たい (具有 ぐゆう 与 あずか 球体 きゅうたい 直径 ちょっけい 相等 そうとう 的 てき 高度 こうど 和 わ 直径 ちょっけい )内部 ないぶ 之 の 间的体 たい 积差值的两倍而得出 で 该公式 しき 。[ 5] 这个说法可 か 以根据 すえ 祖 そ 暅原理 げんり 得 え 到 いた 。该公式 しき 也可以使用 しよう 积分得 とく 出 で ,即 そく 用 よう 截面积分(定 てい 积分)对无穷多的 てき 厚 あつ 度 たび 无穷小 しょう 的 てき 圆盘沿 x 轴从 x = −r 到 いた x = r 堆 うずたか 积起来 らい 的 てき 体 からだ 积求和 わ ,假 かり 设该球面 きゅうめん 半径 はんけい 为 r ,以原点 てん 为球心 しん 。
在任 ざいにん 何 なん 给定的 てき x 处,体 たい 积增量 ぞうりょう (Δ でるた V )近似 きんじ 等 とう 于 x 处圆盘的面 めん 积与其厚度 ど (Δ でるた x )的 てき 乘 じょう 积:
Δ でるた
V
≈
π ぱい
y
2
⋅
Δ でるた
x
.
{\displaystyle \Delta V\approx \pi y^{2}\cdot \Delta x.}
当 とう 最 さい 厚 あつし 的 てき 那 な 一个圆盘厚度趋近0时,总体积是所有 しょゆう 增量 ぞうりょう 的 てき 总和:
V
=
lim
|
|
T
|
|
→
0
∑
π ぱい
y
2
⋅
Δ でるた
x
.
{\displaystyle V=\lim _{||T||\to 0}\sum \pi y^{2}\cdot \Delta x.}
其中 ||T || 表示 ひょうじ 当 とう 取分 とりぶん 割 わり T 时,最 さい 厚 あつし 的 てき 那 な 个圆盘的厚 あつ 度 たび 。此时体 たい 积为:
V
=
∫
−
r
r
π ぱい
y
2
d
x
.
{\displaystyle V=\int _{-r}^{r}\pi y^{2}\mathrm {d} x.}
在任 ざいにん 何 なん 给定的 てき x 处,x 、y 、r 都 と 可 か 以构成 なり 一 いち 个直角 かく 三角形 さんかっけい ;因 いん 此,应用勾股定理 ていり 得 とく 出 で :
y
2
=
r
2
−
x
2
.
{\displaystyle y^{2}=r^{2}-x^{2}.}
将 はた 上 うえ 式 しき 代入 だいにゅう 得 え 到 いた
V
=
∫
−
r
r
π ぱい
(
r
2
−
x
2
)
d
x
,
{\displaystyle V=\int _{-r}^{r}\pi (r^{2}-x^{2})\mathrm {d} x,}
积分之 の 后 きさき 就可以得出 で 结果
V
=
π ぱい
[
r
2
x
−
x
3
3
]
−
r
r
=
π ぱい
(
r
3
−
r
3
3
)
−
π ぱい
(
−
r
3
+
r
3
3
)
=
4
3
π ぱい
r
3
.
{\displaystyle V=\pi \left[r^{2}x-{\frac {x^{3}}{3}}\right]_{-r}^{r}=\pi \left(r^{3}-{\frac {r^{3}}{3}}\right)-\pi \left(-r^{3}+{\frac {r^{3}}{3}}\right)={\frac {4}{3}}\pi r^{3}.}
另外,此公式 しき 也可以用球 だま 坐 すわ 标系计算,体 たい 积元可 か 以写成 なり
d
V
=
ρ ろー
2
sin
φ ふぁい
d
ρ ろー
d
θ しーた
d
φ ふぁい
{\displaystyle \mathrm {d} V=\rho ^{2}\sin \varphi \,\mathrm {d} \rho \,\mathrm {d} \theta \,\mathrm {d} \varphi }
因 いん 此得到 いた 三重 みえ 积分 ,并算出 さんしゅつ 结果如下:
V
=
∫
0
2
π ぱい
d
θ しーた
∫
0
π ぱい
d
φ ふぁい
∫
0
r
ρ ろー
2
sin
θ しーた
d
ρ ろー
=
4
3
π ぱい
r
3
.
{\displaystyle V=\int _{0}^{2\pi }\mathrm {d} \theta \,\int _{0}^{\pi }\mathrm {d} \varphi \,\int _{0}^{r}\rho ^{2}\sin \theta \mathrm {d} \rho ={\frac {4}{3}}\pi r^{3}.}
对于大 だい 多数 たすう 实际用途 ようと 而言,立方体 りっぽうたい 的 てき 内接 ないせつ 球 だま 的 てき 体 からだ 积可以近似 きんじ 为立方体 りっぽうたい 体 たい 积的52.4%,这是因 いん 为 V = π ぱい / 6 d 3 ,其中 d 是 ぜ 球面 きゅうめん 的 てき 直径 ちょっけい ,也是立方体 りっぽうたい 的 てき 边长,π ぱい / 6 ≈ 0.5236。例 れい 如,直径 ちょっけい 1m的 てき 球 たま 的 てき 体 からだ 积是边长为1m的 てき 立方体 りっぽうたい 体 たい 积的52.4%,或 ある 约0.524 m3 。
半径 はんけい 为r 的 てき 球体 きゅうたい 的 てき 表面積 ひょうめんせき 为:
A
=
4
π ぱい
r
2
.
{\displaystyle A=4\pi r^{2}.}
阿 おもね 基 もと 米 まい 德 とく 首 くび 先 さき 根 ね 据 すえ “外接 がいせつ 圆柱体 たい 侧面的 てき 投影 とうえい 是 ぜ 保持 ほじ 面 めん 积的”这个事 ごと 实推导出这个公式 こうしき [ 6] 。[ 7] 另一种得到这个公式的方法基于如下事实,即 そく 球 だま 的 てき 表面 ひょうめん 积等于其体 たい 积公式 しき 关于 r 的 てき 导数 ,因 いん 为半径 はんけい 为 r 的 てき 球体 きゅうたい 的 てき 体 からだ 积可以认为是从半径 はんけい 0到 いた 半径 はんけい r 嵌 はま 套在一起的无穷小厚度的无穷多个同心球壳的表面积的总和。在 ざい 无穷小 しょう 的 てき 厚 あつ 度 ど 下 か ,任 にん 何 なん 给定球 だま 壳的内外 ないがい 表面 ひょうめん 面 めん 积是相等 そうとう 的 てき ,半径 はんけい r 处的体 たい 积元可 か 以简单地认为是 ぜ 半径 はんけい r 处的表面 ひょうめん 积与无穷小 しょう 厚 あつ 度 ど 的 てき 乘 じょう 积。
在任 ざいにん 何 なん 给定半径 はんけい r 处,[ 8] 体 からだ 积增量 ぞうりょう (Δ でるた V )等 とう 于半径 はんけい r 处表面 めん 积(A (r ) )与 あずか 球 たま 壳厚度 ど (Δ でるた r )的 てき 乘 じょう 积:
Δ でるた
V
≈
A
(
r
)
⋅
Δ でるた
r
.
{\displaystyle \Delta V\approx A(r)\cdot \Delta r.}
总体积是所有 しょゆう 球 だま 壳体积的总和:
V
≈
∑
A
(
r
)
⋅
Δ でるた
r
.
{\displaystyle V\approx \sum A(r)\cdot \Delta r.}
该等式 しき 在 ざい 最 さい 厚 あつし 的 てき 那 な 一 いち 个圆盘的 Δ でるた r 趋近于 0 时[ 9] 为:
V
=
∫
0
r
A
(
r
)
d
r
.
{\displaystyle V=\int _{0}^{r}A(r)\,\mathrm {d} r.}
代入 だいにゅう V :
4
3
π ぱい
r
3
=
∫
0
r
A
(
r
)
d
r
.
{\displaystyle {\frac {4}{3}}\pi r^{3}=\int _{0}^{r}A(r)\,\mathrm {d} r.}
将 はた 等式 とうしき 两边对 r 求 もとめ 导就会得 えとく 到 いた A 关于 r 的 てき 函数 かんすう :
4
π ぱい
r
2
=
A
(
r
)
.
{\displaystyle 4\pi r^{2}=A(r).}
这通常 つうじょう 写 うつし 为:
A
=
4
π ぱい
r
2
,
{\displaystyle A=4\pi r^{2},}
其中 r 是 ぜ 球面 きゅうめん 的 てき 半径 はんけい 。
再来 さいらい 看 み 一 いち 种方法 ほう ,球面 きゅうめん 上 じょう 的 てき 面 めん 积元可 か 以用球 だま 坐 すわ 标系给出:dA = r 2 sin φ ふぁい dθ しーた dφ ふぁい 。用 よう 笛 ふえ 卡尔坐标来表示 ひょうじ 的 てき 话,面 めん 积元就会写 うつし 成 なり
d
S
=
r
r
2
−
∑
i
≠
k
x
i
2
∏
i
≠
k
d
x
i
,
∀
k
.
{\displaystyle \mathrm {d} S={\frac {r}{\sqrt {r^{2}-{\displaystyle \sum _{i\neq k}x_{i}^{2}}}}}\prod _{i\neq k}\mathrm {d} x_{i},\;\forall k.}
更 さら 一般 いっぱん 性的 せいてき 表 ひょう 达,请参阅面 めん 积元条目 じょうもく 。
因 いん 此总面 めん 积可以通过积分 得 え 到 いた :
A
=
∫
0
2
π ぱい
d
θ しーた
∫
0
π ぱい
r
2
sin
φ ふぁい
d
φ ふぁい
=
∫
0
2
π ぱい
[
−
r
2
cos
φ ふぁい
]
0
π ぱい
d
θ しーた
=
4
π ぱい
r
2
.
{\displaystyle A=\int _{0}^{2\pi }\mathrm {d} \theta \,\int _{0}^{\pi }r^{2}\sin {\varphi }\mathrm {d} \varphi =\int _{0}^{2\pi }[-r^{2}\cos {\varphi }]_{0}^{\pi }\,\mathrm {d} \theta =4\pi r^{2}.}
上 うえ 图中的 てき 球体 きゅうたい 被 ひ 认为是 ぜ 最 さい 精 せい 确的人造 じんぞう 球体 きゅうたい 之 の 一 いち ,它折 おり 射 しゃ 出 で 背景 はいけい 中 ちゅう 爱因斯坦 的 てき 画像 がぞう 。这个球体 きゅうたい 是 ぜ 引力 いんりょく 探 さがせ 测器B 实验中 ちゅう 所用 しょよう 的 てき 熔融 ようゆう 石英 せきえい 陀螺仪 ,它在形状 けいじょう 上 じょう 和 かず 完 かん 美 び 球体 きゅうたい 之 の 间的误差不 ふ 超 ちょう 过40颗原子 こ (不 ふ 到 いた 10纳米 )厚 あつ 度 たび 。2008年 ねん 7月 がつ 1日 にち ,一 いち 些来自 じ 澳大利 おおとし 亚 的 てき 科学 かがく 家 か 宣 せん 称 たたえ 他 た 们制造 づくり 出 で 了 りょう 更 さら 加 か 接近 せっきん 完 かん 美的 びてき 球体 きゅうたい ,准 じゅん 确率为0.3纳米,它的创造背景 はいけい 是 ぜ 当年 とうねん 科学 かがく 家 か 们在寻求一 いち 千 せん 克 かつ 的 てき 新 しん 标准。[ 10]
球面 きゅうめん 是 ぜ 包 つつみ 围给定 てい 体 からだ 积的所有 しょゆう 曲面 きょくめん 中 ちゅう 面 めん 积最小 さいしょう 的 てき ,球面 きゅうめん 还是给定表面 ひょうめん 积的所有 しょゆう 闭合曲面 きょくめん 中 ちゅう 包 つつみ 围体积最大 さいだい 的 てき 。因 よし 此球面 めん 在 ざい 自然 しぜん 界 かい 中出 なかいで 现:例 れい 如,气泡和 わ 小 しょう 水滴 すいてき 大 だい 致为球形 きゅうけい ,因 いん 为表面 ひょうめん 张力会 かい 局部 きょくぶ 最小 さいしょう 化 か 表面 ひょうめん 积。
球 たま 的 てき 质量与 あずか 表面 ひょうめん 积之比 ひ 称 しょう 为比表面 ひょうめん 积,可 か 以由上述 じょうじゅつ 等式 とうしき 表示 ひょうじ 出来 でき
S
S
A
=
A
V
ρ ろー
=
3
r
ρ ろー
,
{\displaystyle \mathrm {SSA} ={\frac {A}{V\rho }}={\frac {3}{r\rho }},}
其中 ρ ろー 为密度 みつど (质量与 あずか 体 からだ 积之比 ひ )。
球面 きゅうめん 由 よし 四个不共面的点唯一确定。更 さら 一般 いっぱん 地 ち 说,球面 きゅうめん 由 よし 四个条件唯一确定,例 れい 如通过一个点、与一 よいち 个平面相 めんそう 切 きり ,等 とう 等 とう 。 [ 11] 该性质类似 に 于三个非共线的点确定平面中的唯一圆的性质。
因 いん 此,一个球体由一个圆和一个不在该圆平面内的点唯一确定。
通 つう 过检查两个球面 めん 方 かた 程 ほど 的 てき 共同 きょうどう 解 かい ,可 か 以看出 で 两个球 だま 相 しょう 交于一 いち 个圆,包含 ほうがん 该圆的 てき 平面 へいめん 称 しょう 作 さく 相 しょう 交球的 てき 基本 きほん 平面 へいめん 。[ 12] 虽然基本 きほん 平面 へいめん 是 ぜ 一 いち 个实平面 へいめん ,但 ただし 这个圆可能 かのう 是 ぜ 虚 きょ 圆(两个球面 きゅうめん 没 ぼつ 有 ゆう 实的公共 こうきょう 点 てん ),也可能 かのう 由 よし 单个点 てん 组成(两个球面 きゅうめん 在 ざい 该点相 しょう 切 きり )。[ 13]
在 ざい 实交点 てん 处的两个球面 きゅうめん 之 の 间的夹角是 ぜ 由 よし 该点处的球体 きゅうたい 的 てき 切 きり 面 めん 确定的 てき 二 に 面 めん 角 かく 。两个球面 きゅうめん 在 ざい 相 しょう 交圆的 てき 所有 しょゆう 点 てん 处的夹角都 と 是 ぜ 相 しょう 同 どう 的 てき 。[ 14] 当 とう 且仅当 とう 它们的 てき 球心 きゅうしん 之 の 间的距离的 てき 平方 へいほう 等 とう 于其半径 はんけい 的 てき 平方和 へいほうわ 时,它们的 てき 交角才 ざい 是 ぜ 直角 ちょっかく (相互 そうご 正 せい 交 )。[ 2]
如果 f (x , y , z ) = 0 和 わ g (x , y , z ) = 0 是 ぜ 两个不同 ふどう 球面 きゅうめん 的 てき 方 かた 程 ほど ,那 な 么
s
f
(
x
,
y
,
z
)
+
t
g
(
x
,
y
,
z
)
=
0
{\displaystyle sf(x,y,z)+tg(x,y,z)=0}
当 とう 参 さん 数 すう s 和 わ t 是 ぜ 任意 にんい 值时,也是球面 きゅうめん 方 かた 程 ほど 。满足该等式 しき 的 てき 所有 しょゆう 球体 きゅうたい 的 てき 集合 しゅうごう 称 しょう 为由原始 げんし 两个球体 きゅうたい 确定的 てき 球面 きゅうめん 束 たば 。在 ざい 这个定 てい 义中,允 まこと 许球面 めん 是 ぜ 一 いち 个平面 めん (无限半径 はんけい ,球心 きゅうしん 在 ざい 无穷远处),而如果 はて 两个原始 げんし 球面 きゅうめん 都 と 是 ぜ 平面 へいめん ,那 な 么束的 てき 所有 しょゆう 球面 きゅうめん 都 と 是 ぜ 平面 へいめん ,否 いや 则在球面 きゅうめん 束 たば 中 ちゅう 只 ただ 会 かい 有 ゆう 一 いち 个平面 めん (基本 きほん 平面 へいめん )。[ 2]
如果球面 きゅうめん 束 たばね 不 ふ 是 ぜ 由 よし 所有 しょゆう 平面 へいめん 组成,那 な 么有三 さん 种类型 がた 的 てき 束 たば :[ 13]
若 わか 球面 きゅうめん 相 しょう 交于一 いち 个实圆 C ,则球面 めん 束 たば 由 よし 包含 ほうがん C 的 てき 所有 しょゆう 球面 きゅうめん (包括 ほうかつ 基本 きほん 平面 へいめん )组成。球面 きゅうめん 束 たば 中 ちゅう 所有 しょゆう 普通 ふつう 球面 きゅうめん 的 てき 中心 ちゅうしん 位 い 于穿过 C 的中 てきちゅう 心 こころ 并垂直 ちょく 于基本 きほん 平面 へいめん 的 てき 直 ちょく 线(下面 かめん 称 しょう 作 さく “中心 ちゅうしん 线”)上 じょう 。
若 わか 球面 きゅうめん 相 しょう 交于一 いち 个虚圆,球面 きゅうめん 束 たば 的 てき 所有 しょゆう 球面 きゅうめん 也会通 どおり 过这个虚圆,但 ただし 是 ぜ 其实这些普通 ふつう 球面 きゅうめん 不 ふ 相 あい 交(没 ぼつ 有 ゆう 真正 しんせい 的 てき 公共 こうきょう 点 てん )。中心 ちゅうしん 线垂直 ちょく 于这个基本 きほん 平面 へいめん ,这是一 いち 个真实的平面 へいめん ,但 ただし 其中包含 ほうがん 了 りょう 一 いち 个假想 かそう 的 てき 圆。
如果球面 きゅうめん 相 しょう 交于一 いち 点 てん A ,则所有 しょゆう 在 ざい 这个面 めん 内的 ないてき 球面 きゅうめん A 都 みやこ 是 ただし 相 しょう 切 きり 的 てき ,同 どう 时基本 きほん 面 めん 是 ぜ 所有 しょゆう 这些面 めん 的 てき 公 おおやけ 切 きり 面 めん 。中心 ちゅうしん 线在 A 处垂直 ちょく 于基本 きほん 平面 へいめん 。
所有 しょゆう 从基本 きほん 平面 へいめん 的 てき 固定 こてい 点 てん 到 いた 球面 きゅうめん 束 たば 的 てき 一个球面的切线的长度都是相同的。 [ 13]
基本 きほん 平面 へいめん 是 ぜ 与 あずか 球面 きゅうめん 束 たば 中 ちゅう 所有 しょゆう 球面 きゅうめん 正 せい 交的所有 しょゆう 球面 きゅうめん 的 てき 中心 ちゅうしん 的 てき 轨迹。而且,与 あずか 球体 きゅうたい 束 たば 的 てき 任 にん 何 なん 两个球体 きゅうたい 正 せい 交的球体 きゅうたい ,与 あずか 球面 きゅうめん 束 たば 的 てき 所有 しょゆう 球面 きゅうめん 正 せい 交,并且其中心 ちゅうしん 位 い 于球面 めん 束 たば 的 てき 基本 きほん 平面 へいめん 中 ちゅう 。 [ 13]
穿 ほじ 过球心的 しんてき 一条直线与球面相交,这两个相对称的 てき 交点 こうてん 称 しょう 为对径 みち 点 てん 。大 だい 圆是 ぜ 球面 きゅうめん 上 じょう 的 てき 一 いち 个圆,与 あずか 球面 きゅうめん 具有 ぐゆう 相 しょう 同 どう 的中 てきちゅう 心 こころ 和 かず 半径 はんけい ,大 だい 圆所在 しょざい 的 てき 平面 へいめん 能 のう 将 はた 球面 きゅうめん 分 ぶん 成 なり 两个相 しょう 同 どう 的 てき 部分 ぶぶん 。球面 きゅうめん 的 てき 截面称 しょう 为圆面截口 (spheric sections)。圆面截口均 ひとし 为圆,除 じょ 了 りょう 大 だい 圆以外的 がいてき 其他圆称为小 しょう 圆 。 [ 15]
球面 きゅうめん 上 じょう 两个不同 ふどう 非 ひ 对径点 てん 之 の 间的最短 さいたん 距离是 ぜ 过这两个点 てん 的 てき 唯 ただ 一大圆上的两个圆弧中劣弧的长度。有 ゆう 了 りょう 这个“大 だい 圆距离”,大 だい 圆就成 なり 为了黎 はじむ 曼圆。
若 わか 将 はた 球面 きゅうめん 上 じょう 任意 にんい 一点设为该球面的北 きた 极 ,与 あずか 该点相 しょう 对应的 てき 对径点 てん 则被称 しょう 为南 みなみ 极 ,而赤道 あかみち 则是与 あずか 这两个极点 てん 等 とう 距的大 だい 圆。 过这两个极点的 てき 大 だい 圆被称 しょう 为子 こ 午 うま 线或 ある 经线 ,过这两个极点的 てき 直 ちょく 线被称 しょう 为旋转轴。而纬度 则是球面 きゅうめん 上 じょう 与 あずか 赤道 せきどう 平行 へいこう 的 てき 圆。这个术语也同样适用 よう 于那些与地球 ちきゅう 表面 ひょうめん 一 いち 样近似 きんじ 于球面 きゅうめん 的 てき 天体 てんたい (见大地 だいち 水 すい 准 じゅん 面 めん )。
任 にん 何 なん 过球心的 しんてき 平面 ひらおもて 都 と 把 わ 它分成 なり 两个相等 そうとう 的 てき 半球 はんきゅう 面 めん 。过球心 しん 的 てき 任 にん 何 なん 两个相 しょう 交平面 ひらおもて 都 と 将 はた 球体 きゅうたい 细分为四个球面 めん 二 に 角形 かくがた ,其顶点 てん 全部 ぜんぶ 与 あずか 位 くらい 于平面 めん 交线上 じょう 的 てき 对径点 てん 重合 じゅうごう 。
球体 きゅうたい 的 てき 对径商 しょう 空 そら 间是实射影 しゃえい 平面 へいめん ,它也可 か 以被看 み 作 さく 是 ぜ 北半球 きたはんきゅう ,赤道 せきどう 的 てき 对映点 てん 被 ひ 确定。
有 ゆう 猜想认为半球 はんきゅう 是 ぜ 黎 はじむ 曼圆的 てき 最 さい 佳 けい (最小 さいしょう 面 めん 积)等 とう 长填充 たかし 。
球面 きゅうめん 可 か 以推广到任意 にんい 维数的 てき 空 そら 间 。对于任意 にんい 自然 しぜん 数 すう n ,n -球面 きゅうめん (常 つね 写 うつし 为S n )是 ぜ (n + 1 )维欧几里得 とく 空 そら 间中离该空 そら 间的一个中心点距离固定为r 的 まと 点 てん 的 てき 集合 しゅうごう ,其中r 与 あずか 前面 ぜんめん 一 いち 样是正 ぜせい 实数。特 とく 别地:
S 0 :0-球体 きゅうたい 是 ぜ 实线的 てき 区 く 间[−r , r ] 的 てき 一 いち 对端点 てん
S 1 :1-球面 きゅうめん 是 ぜ 半径 はんけい 为r 的 てき 圆
S 2 :2-球面 きゅうめん 是 ぜ 普通 ふつう 的 てき 球面 きゅうめん
S 3 :3-球面 きゅうめん 是 ぜ 四维欧氏空间中的球面。
n > 2的 てき 球面 きゅうめん 有 ゆう 时称作 さく 超 ちょう 球面 きゅうめん 。
以原点 てん 为中心 ちゅうしん 的 てき 单位半径 はんけい n 球面 きゅうめん 表示 ひょうじ 为S n ,通常 つうじょう 称 しょう 为“n 球面 きゅうめん ”。请注意 ちゅうい ,普通 ふつう 球面 きゅうめん 是 ぜ 一 いち 个2-球面 きゅうめん ,因 いん 为它是 ぜ 一 いち 个二 に 维曲面 めん (它嵌入 かんにゅう 在 ざい 三 さん 维空间中)。
单位(n -1 )-球面 きゅうめん 的 てき 表面 ひょうめん 积是
2
π ぱい
n
2
Γ がんま
(
n
2
)
{\displaystyle {\frac {2\pi ^{\frac {n}{2}}}{\Gamma \left({\frac {n}{2}}\right)}}}
其中Γ がんま (z )是 ぜ 欧 おう 拉 ひしげ 发现的 てき 伽 とぎ 马函数 すう 。
表面 ひょうめん 积的另一种表达式为
{
(
2
π ぱい
)
n
/
2
r
n
−
1
2
⋅
4
⋯
(
n
−
2
)
,
if
n
is even
;
2
(
2
π ぱい
)
(
n
−
1
)
/
2
r
n
−
1
1
⋅
3
⋯
(
n
−
2
)
,
if
n
is odd
.
{\displaystyle {\begin{cases}\displaystyle {\frac {(2\pi )^{n/2}\,r^{n-1}}{2\cdot 4\cdots (n-2)}},&{\text{if }}n{\text{ is even}};\\\\\displaystyle {\frac {2(2\pi )^{(n-1)/2}\,r^{n-1}}{1\cdot 3\cdots (n-2)}},&{\text{if }}n{\text{ is odd}}.\end{cases}}}
体 からだ 积等于表面 めん 积乘以r / n ,或 ある 者 もの 说
{
(
2
π ぱい
)
n
/
2
r
n
2
⋅
4
⋯
n
,
if
n
is even
;
2
(
2
π ぱい
)
(
n
−
1
)
/
2
r
n
1
⋅
3
⋯
n
,
if
n
is odd
.
{\displaystyle {\begin{cases}\displaystyle {\frac {(2\pi )^{n/2}\,r^{n}}{2\cdot 4\cdots n}},&{\text{if }}n{\text{ is even}};\\\\\displaystyle {\frac {2(2\pi )^{(n-1)/2}\,r^{n}}{1\cdot 3\cdots n}},&{\text{if }}n{\text{ is odd}}.\end{cases}}}
对于n 球 たま 的 てき 体 からだ 积也存在 そんざい 一般 いっぱん 递归公式 こうしき 。
更 さら 一般 いっぱん 地 ち ,在 ざい 度量 どりょう 空 そら 间 (E ,d ) 中 なか ,中心 ちゅうしん x 、半径 はんけい r > 0的 てき 球面 きゅうめん 是 ぜ 使 し 得 とく d (x ,y ) = r 的 まと 点 てん y 的 てき 集合 しゅうごう 。
如果球心 きゅうしん 是 ぜ 位 い 于E 的 てき 原点 げんてん (如在赋范 空 そら 间中那 な 样)的 てき 话,定 てい 义和符号 ふごう 中 ちゅう 没 ぼつ 有 ゆう 提 ひさげ 及它。如果等 とう 于1,则半径 はんけい 也是如此,例 れい 如单位球体 きゅうたい 的 てき 情 じょう 况。
与 あずか 球体 きゅうたい 不同 ふどう 的 てき 是 ぜ ,即 そく 使 つかい 是 ぜ 一个大球面也可能是一个空集。例 れい 如,在 ざい 欧 おう 几里德 とく 度量 どりょう Z n 中 なか ,只 ただ 有 ゆう r 2 可 か 以写成 なり 整数 せいすう 的 てき n 平方和 へいほうわ 时,半径 はんけい r 的 てき 球面 きゅうめん 才 ざい 是非 ぜひ 空 そら 的 てき 。
在 ざい 拓 つぶせ 扑学中 なか ,n 球面 きゅうめん 定 てい 义为与 あずか (n + 1) 球体 きゅうたい 的 てき 边界同 どう 胚 はい 的 てき 空 そら 间;因 いん 此它与欧 おう 几里德 とく n 球体 きゅうたい 同 どう 胚 はい ,但 ただし 可能 かのう 缺 かけ 少 しょう 其度量 どりょう 。
0-球面 きゅうめん 是 ぜ 一对具有离散拓扑的点。
1-球面 きゅうめん 是 ぜ 一 いち 个圆(同 どう 胚 はい 意 い 义下)。因 よし 此,例 れい 如(任 にん 何 なん 扭结的 てき 像 ぞう )是 ぜ 1-球面 きゅうめん 。
2-球面 きゅうめん 就是普通 ふつう 的 てき 球面 きゅうめん (同 どう 胚 はい 意 い 义下)。因 よし 此,例 れい 如,任 にん 何 なに 类球面 めん 都 と 是 ぜ 2-球面 きゅうめん 。
n 球面 きゅうめん 记为Sn 。它是没 ぼつ 有 ゆう 边界 的 てき 紧致 拓 つぶせ 扑流形 がた 的 てき 一 いち 个例子 こ 。球面 きゅうめん 不 ふ 必是光 こう 滑 すべり 的 てき ;如果它是光 こう 滑 すべり 的 てき ,它就不 ふ 需要 じゅよう 与 あずか 欧 おう 几里得 とく 球面 きゅうめん 微分 びぶん 同 どう 胚 はい 。
海 うみ 涅-博 はく 雷 かみなり 尔定理 ていり 表明 ひょうめい 欧 おう 几里德 とく n 球面 きゅうめん 是 ぜ 紧致的 てき 。球面 きゅうめん 是 ぜ 连续函数 かんすう ||x || 下 しも 单点集 しゅう 的 てき 逆 ぎゃく 象 ぞう 。因 よし 此,球面 きゅうめん 是 ぜ 闭合的 てき 。Sn 也是有界 ゆうかい 的 てき ;所以 ゆえん 它是紧致的 てき 。
值得注意 ちゅうい 的 てき 是 ぜ ,在 ざい 三 さん 维空间中 ちゅう 是 ぜ 可 か 以把普通 ふつう 的 てき 球面 きゅうめん 内外 ないがい 翻 こぼし 转过来 らい 的 てき ,这个过程称 しょう 作 さく 球面 きゅうめん 外 がい 翻 こぼし ,过程中 ちゅう 可能 かのう 会 かい 发生自 じ 交,但 ただし 不 ふ 会 かい 产生任 にん 何 なん 折 おり 痕 こん 。
球面 きゅうめん 上 じょう 的 てき 大 だい 圆
欧 おう 几里得 とく 平面 へいめん 几何的 てき 基本 きほん 要素 ようそ 是 ぜ 点 てん 和 かず 线。在 ざい 球面 きゅうめん 上 じょう ,点 てん 以通常 つうじょう 的 てき 意 い 义来定 てい 义。“线”的 てき 类似物 ぶつ 是 ぜ 测地线 ,测地线是一 いち 个大圈 たいけん ;大 だい 圆的界 かい 定性 ていせい 特 とく 征 せい 是 ぜ 含有 がんゆう 其所有 しょゆう 点 てん 的 てき 平面 へいめん 也穿过球心 しん 。弧 こ 长 测量表明 ひょうめい ,球面 きゅうめん 上 じょう 两点之 の 间的最短 さいたん 路 ろ 径 みち 是 ぜ 过这两点的 てき 大 だい 圆的 てき 较短的 てき 那 な 一 いち 段 だん 圆弧。
经典几何的 てき 许多定理 ていり 也适用 よう 于球面 めん 几何,但 ただし 并非所有 しょゆう 的 てき 定理 ていり 都 と 是 ぜ 这样,因 いん 为球面 めん 不能 ふのう 满足一些经典几何的假设,包括 ほうかつ 平行 へいこう 假 かり 设 。在 ざい 球面 きゅうめん 三角 さんかく 学 がく 中 なか ,角 かく 是 ぜ 在 ざい 大 だい 圆之间定义的。球面 きゅうめん 三角学在许多方面与普通的三角 みすみ 学 まなぶ 不同 ふどう 。例 れい 如,球形 きゅうけい 三角形的内角之和总是超过180度 ど 。而且,任 にん 何 なん 两个相似 そうじ 的 てき 球面 きゅうめん 三角形都是全等的。
球面 きゅうめん 的 てき 一 いち 个法向 むこう 量 りょう ,一个法平面及其正截面。交叉 こうさ 曲 きょく 线的曲 きょく 率 りつ 是 ぜ 截面曲 きょく 率 りつ 。对于球面 きゅうめん ,通 つう 过给定点 ていてん 的 てき 每 まい 个法线段将 はた 是 ぜ 一个半径相同的圆(半径 はんけい 为球的 てき 半径 はんけい )。这意味 いみ 着 ぎ 球面 きゅうめん 上 じょう 的 てき 每 まい 个点都 と 是 ぜ 脐点。
在 ざい David Hilbert 和 かず Stephan Cohn-Vossen的 てき 著作 ちょさく 《几何与 あずか 想 そう 象 ぞう 》 [ 16] 一 いち 书中,统一描述了球面的11种性质,并讨论了这些性 せい 质是否 ひ 仅仅存在 そんざい 于确定 てい 球面 きゅうめん 之 の 中 なか 。一些性质对于平面来说也是成立的,因 いん 为平面 めん 可 か 以视作 さく 半径 はんけい 无限大 だい 的 てき 球面 きゅうめん 。这些性 せい 质为:
球面 きゅうめん 上 じょう 任意 にんい 点 てん 与 あずか 球心 きゅうしん 的 てき 距离都 と 是 ぜ 相 しょう 同 どう 的 てき 。同 どう 时,它和某 ぼう 两个固定 こてい 点 てん 之 の 间的距离之 の 比 ひ 是 ぜ 恒 つね 定 じょう 的 てき 。
第 だい 一句一般是球面的定义,可 か 以唯一 いち 确定球面 きゅうめん 。而第二句的结论与阿波 あわ 罗尼斯圆 类似,很容易 ようい 被 ひ 推导出 で ,第 だい 二句的结论也适用于平面。
球面 きゅうめん 的 てき 外 そと 轮廓和 わ 用 よう 平面 へいめん 截出的 てき 截面都 と 是 ぜ 圆。
该性质是球面 きゅうめん 独 どく 有 ゆう 的 てき 性 せい 质。
球面 きゅうめん 的 てき 径 みち 长和周 しゅう 长保持 ほじ 不 ふ 变。
曲面 きょくめん 的 てき 径 みち 长是指 ゆび 两个与该曲面相 めんそう 切 きり 的 てき 互相平行 へいこう 的 てき 平面 へいめん 的 てき 距离。除 じょ 了 りょう 球面 きゅうめん 之 の 外 そと ,还有很多的 てき 闭合凸面 とつめん 的 てき 径 みち 长也是 ぜ 恒 つね 定 てい 不 ふ 变的,例 れい 如迈斯纳结构 。而曲面 めん 的 てき 周 しゅう 长是 ぜ 在 ざい 平面 へいめん 上 じょう 的 てき 正 せい 交投影 とうえい 的 てき 边界长度。从这两者中 ちゅう 任意 にんい 性 せい 质出发都可 か 以推出 で 另一个性质。
球面 きゅうめん 的 てき 所有 しょゆう 点 てん 都 と 是 ぜ 脐点 。
因 いん 为球面 めん 上 じょう 的 てき 法 ほう 线是由 よし 球心 きゅうしん 向 こう 外 そと 辐射的 てき ,所以 ゆえん 在 ざい 球面 きゅうめん 上 じょう 任意 にんい 一 いち 点 てん 的 てき 法 ほう 线与其外表面 ひょうめん 的 てき 夹角都 と 成 なる 直角 ちょっかく 。过法线的平面 へいめん 与 あずか 曲面 きょくめん 的 てき 交线形成 けいせい 的 てき 曲 きょく 线称为法 ほう 曲 きょく 线 ,法 ほう 曲 きょく 线的曲 きょく 率 りつ 为也被 ひ 称 しょう 为法 ほう 曲 きょく 率 りつ 。对于大 だい 多数 たすう 曲面 きょくめん 上大 かみおお 部分 ぶぶん 的 てき 点 てん ,不同 ふどう 的 てき 法 ほう 曲 きょく 线的法 ほう 曲 きょく 率 りつ 也不同 どう ;而这些法曲 きょく 率 りつ 的 てき 最大 さいだい 值和最小 さいしょう 值被称 しょう 为主 しゅ 曲 きょく 率 りつ 。任 にん 何 なん 闭合的 てき 曲面 きょくめん 上 じょう 至 いたり 少 しょう 有 ゆう 四 よん 个脐点 。脐点上 じょう 所有 しょゆう 的 てき 法 ほう 曲 きょく 率 りつ 是 ぜ 相等 そうとう 的 てき ;包括 ほうかつ 其主 しゅ 曲 きょく 率 りつ 也是相等 そうとう 的 てき 。脐点可 か 以被认为是 ぜ 曲面 きょくめん 上 じょう 最 さい 像 ぞう 球面 きゅうめん 的 てき 点 てん 。
球面 きゅうめん 上 じょう 所有 しょゆう 法 ほう 曲 きょく 线的曲 きょく 率 りつ 都 と 是 ぜ 相等 そうとう 的 てき ,所以 ゆえん 每 ごと 个点都 と 是 ぜ 脐点。曲面 きょくめん 中 ちゅう ,只 ただ 有 ゆう 球面 きゅうめん 和平 わへい 面 めん 具有 ぐゆう 此性质。
球体 きゅうたい 是 ぜ 没 ぼつ 有 ゆう 中心 ちゅうしん 表面 ひょうめん 的 てき 。
对于一个给定的法曲线,存在 そんざい 一个曲率等于截面曲率的曲率圆与曲面相切,圆心位 い 于其法 ほう 线上。例 れい 如,对应其最大和 やまと 最小 さいしょう 截面曲 きょく 率 りつ 的 てき 两个圆心被 ひ 称 しょう 为焦点 しょうてん ,所有 しょゆう 这些圆心的 てき 集合 しゅうごう 形成 けいせい 的 てき 面 めん 叫 さけべ 做焦面 めん 。
对于大 だい 多数 たすう 曲面 きょくめん 来 らい 说,焦 こげ 面会 めんかい 形成 けいせい 两个曲面 きょくめん 在 ざい 脐点处相交。一下几种特殊的情况:
对于管 かん 道 どう 曲面 きょくめん ,一层焦面形成曲线,另一层焦面形成为曲面
对于圆锥体 たい ,圆柱体 たい , 环面 和 かず 环形曲 きょく 线两层焦面 めん 都 と 形成 けいせい 曲面 きょくめん 。
在 ざい 球面 きゅうめん 上 じょう ,每 まい 一个大圆的圆心都在球体的球心,而焦面 めん 形成 けいせい 一个点该性质是球面独有的。
球面 きゅうめん 上 じょう 的 てき 所有 しょゆう 测地线都是 ぜ 闭合曲 きょく 线。
测地线是球面 きゅうめん 表面 ひょうめん 上 じょう 的 てき 曲 きょく 线,也是两点之 の 间的最短 さいたん 距离。它们是 ぜ 平面 へいめん 几何中 ちゅう 直 ちょく 线概念的 がいねんてき 一种概括性表达。对于球面 きゅうめん 来 らい 说,测地线是一 いち 个大的 てき 圆。许多其他的 てき 曲面 きょくめん 都 と 有 ゆう 这种性 せい 质。
在 ざい 体 からだ 积大小 しょう 一定 いってい 的 てき 情 じょう 况下,球面 きゅうめん 的 てき 表面 ひょうめん 积最小 さいしょう ;而在表面 ひょうめん 积的大小 だいしょう 固定 こてい 的 てき 情 じょう 况下,球面 きゅうめん 则能包 つつみ 围最大 さいだい 的 てき 体 からだ 积。
这个性 せい 质源自 じ 自 じ 等 ひとし 周 しゅう 不等式 ふとうしき 。这些性 せい 质唯一地定义了球面,例 れい 如在肥 こえ 皂泡中 なか :肥 こえ 皂泡包 つつみ 围的体 たい 积不变, 其表面 ひょうめん 张力使 つかい 得 とく 其表面 めん 积最小 しょう 。一个自由浮动的肥皂泡因此近似于一个球体(尽 つき 管 かん 由 よし 于重力 じゅうりょく 这样的 てき 外力 がいりょく 会 かい 轻微使 し 得 とく 肥 こえ 皂泡的 てき 形状 けいじょう 变得扭曲)。
在 ざい 所有 しょゆう 已 やめ 经给定 てい 表面 ひょうめん 积的凸 とつ 固体 こたい 中 ちゅう ,球面 きゅうめん 的 てき 总平均 へいきん 曲 きょく 率 りつ 是 ぜ 最小 さいしょう 的 てき 。
平均 へいきん 曲 きょく 率 りつ 是 ぜ 两个主 ぬし 曲 きょく 率 りつ 的 てき 平均 へいきん 值,这是恒 つね 定 じょう 的 てき 一 いち 个数值,因 いん 为球面 めん 上 じょう 的 てき 所有 しょゆう 点 てん 的 てき 主 あるじ 曲 きょく 率 りつ 都 と 是 ぜ 相等 そうとう 的 てき 。
球面 きゅうめん 的 てき 平均 へいきん 曲 きょく 率 りつ 是 ぜ 恒 つね 定 じょう 的 てき 。
球面 きゅうめん 是 ぜ 唯 ただ 一没有边界和奇异点而有恒定正平均曲率的嵌入面。其他如最小曲 しょうきょく 面 めん 这样的 てき 沉浸面 めん 的 てき 平均 へいきん 曲 きょく 率 りつ 也是恒 つね 定 じょう 的 てき 。
球面 きゅうめん 的 てき 高 だか 斯曲率 りつ 是 ぜ 一 いち 个常数 すう 。
高 こう 斯曲率 りつ 是 ぜ 两个主 ぬし 曲 きょく 率 りつ 的 てき 乘 じょう 积。它是一种可以通过测量长度和角度来确定的固有性质,与 あずか 曲面 きょくめん 如何 いか 嵌入 かんにゅう 这个空 そら 间无关。因 よし 此,折 おり 弯曲面 めん 并不会 かい 改 あらため 变高斯曲率 りつ ,而其他 た 高 だか 斯曲率 りつ 不 ふ 变的曲面 きょくめん 则可以通过在球面 きゅうめん 上切 かみぎり 割 わり 一个小狭缝并折弯来得到。所有 しょゆう 其他的 てき 曲面 きょくめん 都 と 有 ゆう 边界,球面 きゅうめん 是 ぜ 唯 ただ 一没有边界的曲面,因 いん 为它的 てき 高 だか 斯曲率 りつ 是 ぜ 一 いち 个常数 すう 。伪球面 めん 是 ぜ 一个高斯曲率为负且不变的曲面的例子。
球面 きゅうめん 是 ぜ 由 よし 一个由三参数所组成的刚性运动所构成的。
围绕任 にん 何 なん 轴旋转,在 ざい 原点 げんてん 处的单位球 だま 会 かい 将 はた 球面 きゅうめん 阴影映 うつ 射 い 到 いた 其自身上 しんじょう 。任 にん 何 なん 绕着过原点 てん 的 てき 直 ちょく 线的旋转都 と 可 か 以表示 ひょうじ 为在三坐标轴上旋转的组合
(详见欧 おう 拉 ひしげ 角 かく )。因 よし 此,存在 そんざい 一个三参数的旋转族,使 つかい 得 とく 每次 まいじ 旋转将 はた 球面 きゅうめん 转换成 なり 自身 じしん ;这个族 ぞく 被 ひ 称 しょう 为旋转组SO(3)。该平面 めん 是 ぜ 唯 ただ 一具有三参数变换族的一个曲面(沿原点 てん 周 しゅう 围的x y 轴旋转和平 わへい 移 うつり )。圆柱体 たい 是 ぜ 唯 ただ 一具有双参数系列刚性运动的表面,并且旋转表面 ひょうめん 和 かず 螺旋 らせん 面 めん 是 ぜ 具有 ぐゆう 单参数 すう 系列 けいれつ 的 てき 表面 ひょうめん 。
演 えんじ 示 しめせ 工程 こうてい 仪器的 てき 扑克牌 ぱい ,英 えい 格 かく 兰,1702。黑 くろ 桃 もも K:球体 きゅうたい
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