Geodesic Math and How to Use it

Geodesic Math and How to Use it pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Univ of California Pr
作者:Kenner, Hugh
出品人:
页数:183
译者:
出版时间:2003-10
价格:$ 33.84
装帧:Pap
isbn号码:9780520239319
丛书系列:
图书标签:
  • 数学-几何
  • 数学
  • Graphics
  • 几何学
  • 测地线
  • 数学
  • 应用数学
  • 空间几何
  • 拓扑学
  • 微分几何
  • 算法
  • 计算机图形学
  • 可视化
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具体描述

It was 1976--twenty-five years after R. Buckminster Fuller introduced geodesic domes when literary critic Hugh Kenner published this fully-illustrated practical manual for their construction. Now, some twenty-five years later, Geodesic Math and How to Use It again presents a systematic method of design and provides a step-by-step method for producing mathematical specifications for orthodox geodesic domes, as well as for a variety of elliptical, super-elliptical, and other nonspherical contours. Out of print since 1990, Geodesic Math and How To Use It is California's most requested backlist title. This edition is fully illustrated with complete original appendices.

好的,这是一份针对“Geodesic Math and How to Use It”一书的详细图书简介,内容完全围绕该主题展开,旨在提供深入的、非技术性的概述,同时避免透露书中具体的数学细节。 《测地线数学及其应用》图书简介 一部探索空间、形状与运动的深度指南 在我们的世界中,从宏观的宇宙结构到微观的材料科学,万物的形态与运动都遵循着某种深层的几何法则。这些法则,正是“测地线数学”所关注的核心领域。本书《测地线数学及其应用》并非一本传统的纯数学教科书,而是一部旨在揭示测地线概念如何渗透并重塑我们理解物理世界、工程设计乃至信息传输的综合性著作。它将引导读者深入探索那些隐藏在曲线和曲面背后的基本原理,展示如何利用这些原理来解决现实世界中的复杂问题。 测地线:空间的内在语言 测地线,简而言之,是在给定空间中“最短”或“最直”的路径。然而,这种看似简单的定义,在弯曲的空间中立刻展现出其深远的意义。想象一下地球的表面:两点间的最短距离不是直线,而是大圆弧——这就是在球面上定义的测地线。本书的开篇将带领读者脱离欧几里得平面几何的舒适区,进入非欧几何的广阔领域。 我们将探讨流形(Manifolds)这一核心概念。流形是测地线数学的舞台,它们是局部看起来像平坦空间,但整体结构可能高度弯曲的对象。从简单的圆柱面到复杂的拓扑结构,理解流形是掌握测地线行为的关键。本书会以一种直观的方式,而非纯粹的抽象证明,来描绘这些空间,帮助读者建立起对“弯曲”和“局部平坦”之间关系的深刻洞察。 从欧几里得到黎曼几何的桥梁 本书的一大重点在于构建一座坚实的桥梁,连接初学者对基础几何的理解与高等几何——特别是黎曼几何——的精髓。黎曼几何是现代物理学和高级工程学的基石,它通过度量张量来精确定义空间中的距离和角度。 我们不会陷入繁复的张量微积分推导,而是聚焦于度量如何定义了“测地线方程”。测地线方程本质上描述了一个遵循“惯性”运动的粒子,在特定空间中将如何演化。如果空间本身是弯曲的,那么粒子看起来的路径就是弯曲的。本书将详尽阐述如何通过这些方程来预测路径,无论是在一个扭曲的橡胶膜上,还是在时空连续体中。这种方法论的转变,是从“计算距离”到“理解运动倾向”的飞跃。 跨学科的应用领域:理论与实践的交汇 《测地线数学及其应用》之所以引人入胜,在于其广泛的实际应用。测地线思维已不再局限于纯粹的数学或理论物理,它已经成为解决现代技术难题的强大工具。 1. 导航、制图与地理信息系统 (GIS) 在地球尺度上,测地线是导航的基础。无论是飞机飞行、船只航行,还是卫星定位,精确计算两点间的测地线距离和方位角是至关重要的。本书将讨论如何将地球视为一个近似的椭球体,并阐述复杂的测地线计算如何被整合到全球定位系统(GPS)的算法中,确保定位的精度远超基于平面三角学的估算。 2. 计算机图形学与数字几何处理 在三维建模和虚拟现实领域,对象的表面处理是核心挑战。当需要对一个不规则的三维网格(如人体模型或复杂的机械部件)进行平滑处理、贴图映射或最小化表面能时,测地线距离成为衡量表面上两点间真实“行走距离”的黄金标准。本书将探讨如何高效地在离散的数字表面上近似计算这些真实的测地线,从而实现更自然、更逼真的渲染效果和网格优化。 3. 机器人学与运动规划 对于在复杂环境中移动的机器人,其路径规划本质上是一个优化问题:找到从A点到B点的“最优”路径。在存在障碍物或非均匀地形的场景中,最优路径往往是空间测地线的近似。我们将审视测地线方法如何帮助规划者避开碰撞,同时最小化能量消耗或时间,从而实现更高效、更“自然”的机器人运动。 4. 数据科学与模式识别 在更抽象的数据空间中,数据的“相似性”也可以被视为一种距离。当数据点位于高维、非线性的流形上时,传统的欧几里得距离会失效。测地线数学提供了衡量这些非线性结构中数据点之间真实关联性的强大工具。本书将介绍如何利用这些概念来识别复杂的生物信号、蛋白质折叠结构或高维图像特征中的内在结构和聚类模式。 驾驭复杂性:直觉与严谨的平衡 本书的编写哲学是确保读者在不被纯粹的数学符号淹没的情况下,真正掌握测地线思维的精髓。我们采用了一种“自下而上”的教学方法:从易于想象的曲面上开始,逐步过渡到更抽象、更高维度的概念。 每一章都致力于解开一个核心的直觉谜题:为什么在弯曲空间中,最短路径看起来是弯曲的?我们如何从局部的观察推导出全局的几何特性?通过精心挑选的实例和类比,本书旨在培养读者对“内在几何”的敏感性,这种敏感性是所有应用领域的关键。 《测地线数学及其应用》是一本面向工程师、科学家、高级学生以及任何对空间本质和几何驱动的运动感兴趣的读者的必备之作。它提供的不是一套计算公式,而是一套理解世界运作方式的全新视角——一个由测地线所编织的、精确而优雅的几何框架。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮,封面那种深邃的蓝色调,配上简洁而有力的标题字体,立刻就能感觉到它蕴含着某种严谨而深奥的知识体系。初翻目录时,我就被那些熟悉的词汇——黎曼几何、测地线、流形——所吸引,但翻阅正文后发现,作者的叙述方式非常独特。他并没有急于抛出复杂的公式,而是用一种近乎讲故事的方式,将抽象的数学概念逐步具象化。例如,在介绍测地线的概念时,作者没有直接套用微分方程,而是通过模拟一艘在大气层内飞行的无人机,探讨其如何选择“最短路径”以节省能源,这种贴近实际应用的切入点,极大地降低了初学者的畏难情绪。书中大量的图示和手工绘制的草图,虽然看起来朴实无华,但却精准地捕捉了高维空间中的直觉理解,这一点是许多纯理论著作所欠缺的。特别是关于曲率的讨论部分,作者巧妙地引入了“蚂蚁爬行”的比喻,让原本晦涩的黎曼张量变得可以触摸和感知。我个人认为,这本书的价值不仅在于传授知识,更在于培养一种空间想象力和数学直觉,它成功地架设了纯理论数学与工程应用之间的一座坚固桥梁,适合那些渴望深入理解几何学基础,同时又不想被枯燥推导困住的读者。

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老实说,这本书的叙事节奏对我来说有些难以适应,它更像是两位不同作者的合集。前三分之一的内容,充满了对欧氏几何到非欧几何演变的历史回顾,语气非常学术化,带着浓厚的十九世纪数学教科书的遗风,引经据典,引人入胜,感觉像是听一位博学的历史学家在讲解几何学的诞生。但是,当故事线转入到实际的“应用”部分,特别是涉及到现代物理学中的应用实例时,风格瞬间变得轻快、直观,充满了现代感。这种强烈的反差,使得阅读体验像是在坐过山车,时而是缓慢爬升的期待,时而是俯冲而下的刺激。我尤其关注了其中关于“测地线偏离公式”的介绍,作者并没有直接给出通用的费利皮耶夫方程,而是先从一个非常具体的双曲面上的例子入手,通过几何直觉逐步推导至代数表达,这种“先感性,后理性”的路径,对我理解曲率如何影响粒子运动轨迹非常有帮助。对于那些对物理应用有浓厚兴趣的读者而言,这本书提供了深入研究的起点,但同时也需要读者对经典力学和基础的张量分析有一定了解,否则,其中后半部分的一些跳跃性结论可能会让人感到有些突兀和不连贯。

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我必须承认,这本书的深度远超我的预期,它不仅仅是介绍“什么是测地线”,而是深入探讨了“为什么是测地线”,以及在不同几何结构下,测地线如何扮演着连接点的角色。作者在讨论最优控制问题与测地线关系时,引入了拉格朗日力学的视角,这一点着实让我眼前一亮。他将变分原理与弯曲空间中的最短路径问题完美地结合在一起,展示了数学理论如何统一不同领域的看似无关的现象。不过,对于非数学专业的读者来说,书中关于辛几何和李群的一些交叉论述,可能显得有些过于密集和专业化了。我个人觉得,如果能对这些高级概念增加一到两个“延伸阅读”的注释或者更详细的背景介绍,将会使这本书的普适性更强。此外,书中对图论和离散测地线的讨论,虽然篇幅不大,但非常精炼,它暗示了这种几何思想如何可以被运用到计算机科学和网络优化中,这表明作者对该领域的现代发展有着敏锐的洞察力。总体来看,这是一部既有古典魅力,又不失现代前沿的深度著作,适合作为进阶参考书使用。

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这本书的真正价值,我认为体现在它对“度量”和“距离”概念的解构上。作者似乎花了大量篇幅来强调,在弯曲空间中,我们不能依赖传统的欧氏距离概念,必须依赖内蕴的测地线积分。这种对基本概念的“重新审视”,是这本书最令人印象深刻的教学方法。例如,书中对共形和平坦空间的讨论,通过对地图投影的类比,生动地揭示了“等角”与“等距”之间的根本区别。在我看来,这本书的语言风格是极其克制的,作者很少使用夸张的词汇来描述自己的发现,而是让数学本身说话,这使得论证显得格外可靠和有力。唯一的遗憾是,某些关键的证明步骤被过于简化了,尤其是在涉及黎曼曲率张量计算的章节,作者直接给出了最终结果,而省略了中间复杂的坐标变换过程,这对于那些希望掌握全部推导链条的读者来说,无疑是一个小小的阻碍,需要读者自行去查阅其他专业教材来补足这部分细节。但瑕不掩瑜,对于想构建完整几何理解框架的人来说,这本书绝对值得反复研读,它强迫你去用全新的、内在的视角看待空间本身。

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我花了整整一个周末的时间来啃这本书,坦白说,前半部分的铺垫非常扎实,甚至可以说略显冗长,但正是这种耐心,为后续复杂概念的构建打下了无可动摇的地基。作者在处理基础拓扑和微分流形入门时,采取了一种极其严谨的、几乎是“百科全书式”的详尽解释,每一个定义都附带着清晰的上下文和历史背景,这对于想追溯学科源流的研究者来说是极大的福音。然而,这种详尽也带来了阅读上的挑战,当涉及到高阶张量分析和外微分形式时,行文的密度骤然增加,常常需要反复阅读同一小节才能完全掌握作者的意图。我特别欣赏作者在解释“协变导数”时所采用的对比分析法,他并列展示了欧几里得空间中的普通导数与在弯曲空间中的定义差异,通过这种并置,读者能立刻捕捉到“弯曲”这一概念对运算规则的根本性颠覆。这本书的排版和字体选择也值得称赞,足够的行距和清晰的符号标注,使得长时间阅读的疲劳感相对较低,尽管如此,我还是建议读者准备一张草稿纸,因为很多推导过程,即使是作者省略的步骤,也需要读者自己动手“补全”才能真正消化吸收。它绝不是一本可以“浏览”的书,更像是一部需要被“征服”的工具书。

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我恨数学课

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