那么,四维空间究竟该怎样理解呢?如上图,两条互相垂直的直线构成了一个二维空间坐标轴;想像第三条直线穿过交点并垂直于前面两直线,就形成了一个三维空间的坐标轴;现在,想像有第四条直线从交点穿过,并且垂直于前面三条直线,就形成了一个四维空间坐标轴。然而,这条直线是不可能在三维空间里图出来的,它实际上延伸到坐标轴交点内部的四维空间中(在三维空间里,有前后左右上下六个方向;而在四维空间里,还要多出“里”“外”两个方向)。以此类推,如果有第五条直线垂直于前面四条直线,那么它必定存在于五维空间中。
前面是关于四维空间的描述,接下来我们再讨论一下四维图形。以三角形为例,在二维平面里,正三角形有三个顶点,并且假设边长等于1(图1);如果有第四个顶点与前面三个顶点的距离都等于1,那么这个点必定存在于三维空间中,构成一个三维的正四面体(图2);以此类推,如果有第五个顶点与前面四个顶点的距离都等于1,那么这个点必定存在于四维空间中,构成一个四维的“超四面体”。因为这个图形无法在三维空间里画出来,我们只能用投影的方式研究它的性质。
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