刚在sdyy那儿看到了这个好东西。影片Dimensions长约2个小时，共分为9章，谈论了维度、射影、复数等有趣的数学话题。下面是一个4分钟长的预告片。完整的视频可以在这里下载。

    明天考英语，单词还没背。先冒死更新一个^_^
    我们称一个从集合A到集合B的映射是“单射”的，如果A中的任两个相异元素都不会映射到B里的同一个元素。如果一个A→B的映射是单射的，并且B里的所有元素都被射了（满射），那么这个映射就是“双射”的。Cantor-Bernstein-Schroeder定理是说，假如存在一个从集合A到集合B的单射函数f，以及一个从集合B到集合A的单射函数g，那么A与B之间一定存在一个双射函数（即能建立起一一对应的关系，两个集合有相等的势）。这个结论并不是显然的。对于无穷集合，我们可以构造出很多这样的例子，两个映射A→B和B→A都是单射，但都不是满射的。例如，给定一个正方形和正方形外的一条直线，把正方形放到直线上滚一圈所形成的对应关系是一个从正方形上的所有点到直线上的点的一个单射函数，而连接直线上的点和正方形一边中点后与正方形的另一个交点构成了一个从直线到正方形的单射关系（如图）。那么，根据Cantor-Bernstein-Schroeder定理，我们一定可以找到一种函数，使得直线上的所有点和正方形上的所有点有一一对应的关系。

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    射影几何太科学了！太科学了！以后我要慢慢写进Blog里。这里说一个《什么是数学》中射影几何章节中的一个小插曲，和射影几何本身没太大关系：纸上两点A和B，它们之间的距离大于直尺的长度。你如何只用直尺作出过这两点的连线？注意，你只能使用笔和直尺，不能借助圆规等其它工具。

    首先让我们回顾一下射影几何中的Desargues定理。Desargues定理描述了一个由简单的点和线所构成的美妙的关系：平面上的两个三角形的对应顶点的连线共点，则对应边的交点共线。你可以多画几个图来验证这一结论，这里不再介绍完整的证明了。另外，虽然题目中的直尺不能连接距离太远的两点，但别忘了直尺可以无限延长一条已有的线段，你只需要不断重复“延长 - 描新点”的步骤就可以了。

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上个月Erich Friedman的Math Magic提出了这样的问题：
给定一个指定形状的棋盘，给定一个大于2的整数n，找出一个面积最大的图形S使得n个S能够不重叠地装进这个棋盘里。
问题提出之后得到了不少有趣的构造，这些构造是否为最优解还有待进一步证明。

 
由三个格子组成的棋盘共有两种本质不同的形状。“长条形”已经不用多考虑，“拐角形”中n=2, 3, 6时的最优解也是非常显然的。拐角形棋盘是可以分成四等分的。但是，在这个棋盘中放置5个相同的图形就没那么容易了。已知的最优方案占据了整个棋盘约0.959的面积。放置7个相同的图形研究起来更困难一些。已知最优解为0.956。

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    多年以前，要想进入莫斯科国立大学的数学系，你必须通过四项入学考试；头两个都是数学考试，一个笔试，一个面试。在面试中，学生和考官都是一对一的，考官可以自由向学生提出任何他喜欢的问题。那时，为了筛选出他们不想要的应试者（主要是犹太人），很多考官都会出一些题目描述简单有趣、解答过程极其巧妙而又出人意料的问题。这些问题极具杀伤力，民间戏称其为“棺材问题”(coffin problems)。下面这个问题就是其中一个“棺材问题”：
    考虑一个空间四边形A1A2A3A4，它的四条边A1A2, A2A3, A3A4, A4A1都与一个给定的球相切。求证，这四个切点共面。
    为了更好地理解这个问题，考虑一个菱形的钢架沿对角线折叠，或者一个正四面体钢架去掉相对的两条棱。把这个空间四边形当成一个碗去接一个球，你会发现这个球卡在空间四边形中掉不下去了，此时它与四条边都相切。凭借我们的生活经验，我们很容易提出这个猜想：四个切点是共面的。

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    上个月IBM Ponder This的题目：给出足够多的正三角形和正四边形（均为单位边长），你需要用它们拼接出凸多边形。注意，你所拼出来的多边形的每条边也必须都是单位长度（因此，把两个正方形拼在一起形成的1*2长方形就不算）。你能拼出多少种不同的凸多边形？在看答案之前，大家先自己想一想，比比看谁考虑得最全面。这对思维的全面性是一个不小的挑战。

    首先，注意到符合条件的方案肯定是有限的。由于最终的图形不允许出现平角，因此凸多边形的内角最大也只能到150°。显然，这样的凸多边形面积是有限的，最极端的情况就是一个正12边形（内角均为150°）。

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    去年的一篇日志里曾经向大家提到了Smale球面外翻问题：在允许与自身相交的情况下，是否有可能无损地、平滑地、不留折痕地把一个球面的内侧翻到外面来。那篇日志里有一个视频，演示了球面外翻的其中一种解法，但没有再进行任何说明和解释。我曾在Google Video上找到了一段完整的视频，可惜Google Video不对中国大陆开放。当时我非常想看一看这段21分钟的视频，但尝试了各种方法都不行，其它地方也没有找到。今天听说中国大陆可以看Google Video的视频了，首先想到的就是去看这段视频。确实太精彩了！！你可以看到球面外翻问题有解的可能性，以及低维情形下（圆的外翻）为何反而无解。后面多个角度多种方式的动画演示足以让你完全理解这个外翻过程中的每个细节。从第11分钟开始的那个add waves则是整个视频的精华所在，太牛B了！

把地址给出来吧，如果上面这个看不了可以进这里面去看：
http://video.google.com/videoplay?docid=-6626464599825291409

    从古至今，尺规作图一直是数学中备受关注的一个问题。到现在，数学家们已经比较完美的解决了尺规作图的问题，指出哪些图形可以用尺规作图完成，哪些问题不能用尺规作图解决。Mohr-Mascheroni定理告诉了我们一个非常令人吃惊的事实：所有用直尺和圆规可以解决的作图问题，只用圆规也能完成。当然，只用圆规是画不出直线的；但我们可以认为，一条直线已经由两点确定，并不需要画在图上。数学家们向我们展示了：给定四个点，如何用单规找出它们所确定的两条直线的交点；给定一段圆弧和两个点，如何找出两点确定的直线与圆弧的交点。注意到这是直尺仅有的功用，用单规全部解决了后直尺也就不需要了。数学家们还研究过单尺作图：只拿一块直尺到处作直线交过来交过去的又能完成哪些作图问题。显然，只用直尺是不能开平方的，解析几何告诉我们直线与直线的交点只可能是各系数的一个有理表达，这决定了单尺作图不能替代尺规作图。Poncelet-Steiner定理告诉我们，假如事先给定了一个圆和它的圆心，以后只用直尺足以完成任何尺规作图能够解决的问题。这些将在我今后的《什么是数学》笔记中提到。
    昨天，网友浅海里的鱼跟我提到了锈规作图问题，这是我第一次听到这个神奇的东西。现在，假设我们没有直尺，只有一把生锈的圆规。圆规已经被卡住了，只能画出单位半径的圆。在这样的条件下，哪些作图问题仍然能够被解决？锈规作图相当的困难，但并不是没有可能。1983年，D. Pedoe教授惊奇地发现，给定两个点A和B，如果它们的距离小于2，我们可以非常简单地作出点C，使得AC = BC = AB（即△ABC为等边三角形）。

    
    先以A、B为圆心分别作圆。由于它们之间的距离小于2，因此两圆必然相交。以其中一个交点P为圆心作圆，分别交圆A、圆B于点M、N。最后，圆M和圆N的交点即为所求点C。由对称性，△CAB一定是一个等腰三角形。另外，由对称性可知∠ACB=2∠BCP，而圆周角∠BCP的角度又是圆心角∠BNP的一半。由于△BNP是等边三角形，我们可以立即得到∠ACB=∠BNP=60°，△ABC是一个等边三角形。
    D. Pedoe受到启发，提出了以下问题：任给A、B两点，只用锈规是否都能作出C使得AC = BC = AB？若干年后，侯晓荣等人巧妙地解决了这个问题，并以此为基础，借用复数运算等理论，得到了一个出人意料的结论：从给定两点出发，任何尺规作图能够完成的构造，只用锈规也能完成。只用锈规作等边三角形的方法相当精彩，我在这里详细地说一下。觉得牛B的话就在下面叫个“好”。
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