我國著名作家巴金對飄落的雪花作過這樣的描述:“風刮得很緊,雪片象扯破了的棉絮一樣在空中飛舞,沒有目的四處飄落......雪片愈落愈多,白茫茫地布滿在天空中......落在行人的臉上。”這段描述與數學有些什么聯(lián)系呢?若把天空想成空間,把雪花所有可能所處的位置都想成點,這不就是點“布滿”空間的現實模型嗎?我們生活在現實空間之中,目之所及都是空間的一部分?臻g就是所有可能位置的總體,就是所有點的總體。 空間中有點,有線,有面。點與直線我們早已熟悉。那么什么是面呢?生活中有各種各樣的面,如桌面、臉盆的表面等等。桌面給我們平面一部分的印象,臉盆表面給我們曲面的印象。這里我們著重討論一下平面的有關性質。 平面,直觀地說,就是一個處處平直的面。怎樣檢驗一個面(如桌面)的平直性呢?人們常用的檢驗方法是:拿一根直尺放在桌面上的各個位置上,看看直尺與桌面之間是否總是密合。密合性好就說明桌面平,反之說明桌面不平(見圖1)。臉盆表面呢,顯然不是平面,它不具備平直的性質。將這一檢驗法抽象出來,就得出平面的一個基本特性:經過平面上兩點的直線在這個平面上。
圖 1
那么空間中,怎樣的幾點才能確定一個平面呢?觀察一下圖2,根據經驗我們知道,由兩根繩子、一根木棒確定的并糊上紙的三角形紙面,可以繞著上端固定點擺動,處于無數個位置。若把紙面想成平面的一部分,固定點想成一點,就說明:經過一點可以有無數多個平面。
圖 2 圖 3
觀察一下圖3,我們可以看到,由兩個折頁固定的門,可以自由轉動,處于無數個位置。若把門面想成平面的一部分,固定門的兩個折頁想成兩個點,就說明:經過兩點的平面也有無數多個。 從圖3中,我們還可以知道,當門關上鎖好之后,門就不能動了。將這一情形進行抽象,就得到平面的又一條基本供質:不在一條直線上的三點,可以確定一個平面。 現實生活中,這一性質的應用是屢見不鮮的。例如,照相機架由三條腿組成,它能放在不平坦的地面上,保持平穩(wěn)。在地面適當的位置上打三根木樁,木板就可以穩(wěn)穩(wěn)地放在木樁上。三個手指可以托著一本書,等等。 由這一性質出發(fā),可以推出:兩條相交直線或平行直線確定一個平面。由此可知,三角形,平行四邊形等等都是面圖形。 但是否任意三點都能確定一個平面呢?答案是否定的。其理由,請同學們自己給出。 進一步,空間中的任意四點是否都在同一個平面上呢?不一定。比如,梯形的四個頂點在同一個平面上,但如圖4中的三棱錐的四個頂點就不在同一個平面上。
圖 4
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