クラインの壺
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クラインの壺（くらいんのつぼ）は、境界も表裏の区別も持たない2次元曲面の一種で、主に位相幾何学で扱われる。3次元空間内では実現不可能だが、自己交差を許せば擬似的に作ることができ、その形を壺になぞらえたものである。ドイツの数学者フェリックス・クラインにより考案された。クラインの管、クラインの瓶とも言う。ちなみに、この通称は翻訳の際の勘違いによるものである。原語であるドイツ語では「Kleinsche Fläche（クラインの面）」。英語に翻訳される際、Fläche（面）がFlasche（瓶）と取り違えられ、bottleと訳された。現在ではドイツでも、Flascheのほうで定着している。
クラインの壺は正方形の対辺を矢印の向きが合うように貼り合わせることで得られる(下図)。
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前述のように三次元空間内に実現するためには自己交差が必要であるが、クラインの壺そのものに交差はない。そのことを強調するために自己交差の部分をぼかして図示されることがある。
表裏の区別を持たない2次元曲面には他にメビウスの帯がある。メビウスの帯が2次元のテープ状のものをひねり表をたどっていくとそのまま裏に行き着くようにしたのに対し、クラインの壺は3次元のチューブをひねり内部をたどると外部に行き着くようにしたものである。また二つのメビウスの帯をそのふちに沿って貼り合わせるとクラインの壺ができる。
[編集] 関連事項
- 川崎和男 - クラインの壺をヒントに、工業製品としての人工心臓のデザインを模索している。
- 数式処理システムMaximaを使うと、次のコマンドで3次元グラフ画像が描画できる。
plot3d([5*cos(x)*(cos(x/2)*cos(y)+sin(x/2)*sin(2*y)+3.0)-10.0,-5*sin(x)*(cos(x/2)*cos(y)+sin(x/2)*sin(2*y)+3.0),5*(-sin(x/2)*cos(y)+cos(x/2)*sin(2*y))],[x,-%pi,%pi],[y,-%pi,%pi]);
