8.使人为难的编织问题

M:文迪女士要买一个皮手镯。

M:在卢克的商店里她看到两个手镯,每个都由三条带构成,其中一个已经编好了,另一个还没有编。

文迪:编好的那个手镯要多少钱?

卢克:五美元,太大。但您来晚了,它已经卖出了。

文迪:唷!还有手镯可买吗?

卢克:还有这个。

文迪;可是它还没有编呢?

户克:我很乐意为您把它编好,太太。

M:这看来好象是不可能的,但是卢克仅用30秒钟就把它编好了,并且没有切断一条带。你看,他是这样开始编的。

大多数学生仅仅把这手镯当成拓扑学的又一奇观,但还不止于此。著名的德国数学家艾米尔·阿尔丁创立了一套有关“编织”的理论,其中用到了群论。在这个群里,“元素”是指“编织式样”,而“运算”是指让一个式样紧随另一式样因而产生一个新式样的过程。而“逆元素”则是指式样的镜象。编织问题为群论和变换理论提供了一个极好的起点。载于《数学教师》杂志19595月号上阿尔丁的文章“编织理论”是一个很好的入门教材。

令人惊异的是,在这个有六处交叉的手镯编织过程中,三条带子的端部始终是连结在一起的。这就意味著,编好的手镯与没编的手镯是拓扑等价的。下图表示的是编手镯的步骤。

如果带子再长一些,我们就可以重复使用这个步骤,只要带子足够长,编成的手镯的交叉数可以是6的任意倍数。如果学生们想用这种方法把硬皮革做成一个实用的手镯或编带,则需把皮革浸在热水里使之变得柔软以后再进行编织。

对多于三条带子组成的手镯也可以用这种方法编织。要想进一步了解这方面的知识请读J.A.H. 谢泼德的文章“对两端分别连在一起的若干条带子进行编织”,载于《皇家学会会报,A》第265卷(19623年),229——244页。