Тесселяция
Мозаика — или мозаика это покрытие поверхности , часто плоскости , с использованием одной или нескольких геометрических фигур , называемых плитками , без перекрытий и пробелов. В математике тесселяцию можно обобщить на более высокие измерения и различные геометрии.
Периодическая мозаика имеет повторяющийся узор. Некоторые специальные виды включают в себя регулярные плитки с правильными многоугольными плитками одинаковой формы и полуправильные плитки с правильными плитками более чем одной формы и с одинаковым расположением всех углов. Узоры, образованные периодическими плитками, можно разделить на 17 групп обоев . Мозаика, в которой отсутствует повторяющийся узор, называется «непериодической». Апериодическая мозаика использует небольшой набор фигур плитки, которые не могут образовывать повторяющийся узор ( апериодический набор прототипов ). Мозаика пространства , также известная как заполнение пространства или соты, может быть определена в геометрии более высоких измерений.
Настоящая физическая мозаика — это плитка, сделанная из таких материалов, как склеенные керамические квадраты или шестиугольники. Такие плитки могут представлять собой декоративные узоры или выполнять такие функции, как создание прочных и водостойких покрытий для тротуаров , полов или стен. Исторически мозаика использовалась в Древнем Риме и в исламском искусстве , например, в марокканской архитектуре и декоративной геометрической плитке дворца Альгамбра . В двадцатом веке работы М. К. Эшера часто использовали мозаику, как в обычной евклидовой геометрии , так и в гиперболической геометрии , для художественного эффекта. Мозаика иногда используется для декоративного эффекта при выстегивании . Тесселяции образуют класс узоров в природе , например, в массивах шестиугольных ячеек, встречающихся в сотах .
История
[ редактировать ]Мозаику использовали шумеры ( около 4000 г. до н. э.) при отделке стен зданий, образованных узорами глиняных плиток. [1]
Декоративные мозаичные плитки из небольших квадратных блоков, называемых тессерами, широко использовались в классической античности . [2] иногда отображая геометрические узоры. [3] [4]
В 1619 году Иоганн Кеплер провел первое документально подтвержденное исследование мозаики. Он писал о правильных и полуправильных мозаиках в своей книге «Harmonices Mundi» ; возможно, он был первым, кто исследовал и объяснил шестиугольную структуру сот и снежинок . [5] [6] [7]
Примерно двести лет спустя, в 1891 году, русский кристаллограф Евграф Федоров доказал, что каждое периодическое замощение плоскости содержит одну из семнадцати различных групп изометрий. [8] [9] Работа Федорова положила неофициальное начало математическому изучению мозаик. Среди других выдающихся авторов — Алексей Васильевич Шубников и Николай Белов в своей книге «Цветная симметрия» (1964). [10] и Генрих Хиш и Отто Кинцле (1963). [11]
Этимология
[ редактировать ]На латыни тесселла — это небольшой кубический кусок глины , камня или стекла , используемый для изготовления мозаики. [12] Слово «тесселла» означает «маленький квадрат» (от tessera — квадрат, что, в свою очередь, происходит от греческого слова τέσσερα — четыре ). Это соответствует повседневному термину «черепица» , который относится к применению мозаики, часто выполненной из глазурованной глины.
Обзор
[ редактировать ]Тесселяция в двух измерениях, также называемая плоской мозаикой, — это раздел геометрии, изучающий, как фигуры, известные как плитки , могут быть расположены так, чтобы заполнить плоскость без каких-либо зазоров, в соответствии с заданным набором правил. Эти правила могут быть разнообразными. Общие из них заключаются в том, что между плитками не должно быть зазоров и ни один угол одной плитки не может лежать на краю другой. [13] Мозаика, созданная склеенной кирпичной кладкой, этому правилу не подчиняется. Среди тех, которые это делают, обычная тесселяция имеет как идентичные [а] правильные плитки и одинаковые правильные углы или вершины, имеющие одинаковый угол между соседними краями для каждой плитки. [14] Есть только три фигуры, которые могут образовывать такие правильные мозаики: равносторонний треугольник , квадрат и правильный шестиугольник . Любую из этих трех фигур можно дублировать бесконечно, чтобы заполнить плоскость без пробелов. [6]
Многие другие типы тесселяции возможны при различных ограничениях. Например, существует восемь типов полуправильной мозаики, состоящей из более чем одного вида правильных многоугольников, но имеющих одинаковое расположение многоугольников в каждом углу. [15] Неправильные мозаики также можно создавать из других фигур, таких как пятиугольники , полимино и практически любые геометрические фигуры. Художник М. К. Эшер известен созданием мозаики из неправильно переплетенных плиток в форме животных и других природных объектов. [16] Если для плиток разной формы выбраны подходящие контрастные цвета, образуются яркие узоры, которые можно использовать для украшения физических поверхностей, таких как церковные полы. [17]
Более формально, мозаика или тайлинг — это покрытие евклидовой плоскости счетным числом замкнутых наборов, называемых тайлами , таких, что тайлы пересекаются только на своих границах . Эти плитки могут быть многоугольниками или любой другой формой. [б] Многие мозаики формируются из конечного числа прототипов , в которых все плитки в тесселяции конгруэнтны данным прототипам. Если геометрическую фигуру можно использовать в качестве прототипа для создания мозаики, говорят, что форма мозаизирует или мозаику плоскости . Критерий Конвея — это достаточный, но не обязательный набор правил для определения того, закрывает ли данная фигура плоскость периодически без отражений: некоторые плитки не соответствуют критерию, но все же закрывают плоскость. [19] Не найдено общего правила для определения того, может ли данная фигура замостить плоскость или нет, а это означает, что существует много нерешенных проблем, касающихся мозаики. [18]
Математически мозаику можно распространить на пространства, отличные от евклидовой плоскости. [6] Швейцарский первым сделал это , геометр Людвиг Шлефли определив полисхемы , которые сегодня математики называют многогранниками . Это аналоги многоугольников и многогранников в пространствах большего размера. Он далее определил обозначение символов Шлефли , чтобы упростить описание многогранников. Например, символ Шлефли для равностороннего треугольника — {3}, а для квадрата — {4}. [20] Обозначение Шлефли позволяет компактно описывать мозаики. Например, мозаика из правильных шестиугольников имеет три шестисторонних многоугольника в каждой вершине, поэтому ее символ Шлефли — {6,3}. [21]
Существуют и другие методы описания многоугольных мозаик. Когда мозаика состоит из правильных многоугольников, наиболее распространенным обозначением является конфигурация вершин , которая представляет собой просто список количества сторон многоугольников вокруг вершины. Квадратная мозаика имеет конфигурацию вершин 4.4.4.4 или 4. 4 . Замощение правильных шестиугольников отмечено 6.6.6 или 6. 3 . [18]
По математике
[ редактировать ]Введение в тесселяции
[ редактировать ]При обсуждении мозаик математики используют некоторые технические термины. Край — это пересечение двух граничащих плиток; часто это прямая линия. Вершина — это точка пересечения трех или более граничащих плиток. Используя эти термины, изогональная или вершинно-транзитивная мозаика — это мозаика, в которой каждая вершинная точка идентична; то есть расположение многоугольников вокруг каждой вершины одинаково. [18] Фундаментальная область представляет собой форму, например прямоугольник, которая повторяется, образуя мозаику. [22] встречаются Например, при регулярном замощении плоскости квадратами в каждой вершине четыре квадрата . [18]
Стороны многоугольников не обязательно совпадают с краями плиток. Мозаика от края до края — это любая многоугольная мозаика, в которой соседние плитки имеют только одну полную сторону, т. е. ни одна плитка не разделяет частичную сторону или более одной стороны с любой другой плиткой. В мозаике от края до края стороны многоугольников и края плиток одинаковы. Знакомая плитка «кирпичная стена» не имеет стыковки от края до края, потому что длинная сторона каждого прямоугольного кирпича является общей с двумя соседними кирпичами. [18]
Нормальный тайлинг — это мозаика, для которой каждый тайл топологически эквивалентен диску равномерно , пересечение любых двух тайлов представляет собой связное множество или пустое множество , а все тайлы ограничены . Это означает, что один окружной радиус и один радиус вписывания могут использоваться для всех плиток во всей мозаике; условие не позволяет использовать плитки, которые патологически длинные или тонкие. [23]
Моноэдральная мозаика — это мозаика, в которой все плитки конгруэнтны ; у него есть только один прототип. Особенно интересным типом моноэдральной мозаики является спиральная моноэдральная мозаика. Первая спиральная моноэдральная мозаика была открыта Хайнцем Водербергом в 1936 году; имеет мозаика Водерберга единичную плитку, которая представляет собой невыпуклый восьмиугольник . [1] Мозаика Хиршхорна , опубликованная Майклом Д. Хиршхорном и Д.С. Хантом в 1985 году, представляет собой мозаику пятиугольников с использованием неправильных пятиугольников: правильные пятиугольники не могут замостить евклидову плоскость как внутренний угол правильного пятиугольника. 3 π / 5 , не является делителем 2 π . [24] [25]
Изоэдральная мозаика — это особый вариант моноэдральной мозаики, в которой все плитки принадлежат одному и тому же классу транзитивности, то есть все плитки являются преобразованиями одной и той же протоплитки относительно группы симметрии мозаики. [23] Если прототайл допускает замощение, но ни одно такое замощение не является изоэдральным, то прототайл называется анизоэдральным и образует анизоэдральные замощения .
Правильная мозаика — это высокосимметричная мозаика от края до края, состоящая из правильных многоугольников одинаковой формы. Существует только три правильных мозаики: состоящие из равносторонних треугольников , квадратов или правильных шестиугольников . Все три этих мозаики изогональны и моноэдральны. [26]
Полуправильная (или архимедова) мозаика использует более одного типа правильного многоугольника в изогональном расположении. Имеется восемь полуправильных мозаик (или девять, если пара зеркальных изображений считается за две). [27] Их можно описать конфигурацией их вершин ; например, полуправильная мозаика с использованием квадратов и правильных восьмиугольников имеет конфигурацию вершин 4,8. 2 (каждая вершина имеет один квадрат и два восьмиугольника). [28] Возможны многие мозаики евклидовой плоскости без ребер, включая семейство мозаик Пифагора , мозаики, в которых используются квадраты двух (параметризованных) размеров, каждый квадрат касается четырех квадратов другого размера. [29] Краевая тесселяция — это такая тесселяция, при которой каждая плитка может отражаться от края, занимая позицию соседней плитки, например, в массиве равносторонних или равнобедренных треугольников. [30]
Группы обоев
[ редактировать ]Плитки с трансляционной симметрией в двух независимых направлениях можно разделить на группы обоев , которых существует 17. [31] Утверждалось, что все семнадцать из этих групп представлены во дворце Альгамбра в Гранаде , Испания . Хотя это и оспаривается, [32] Разнообразие и сложность облицовки Альгамбры заинтересовали современных исследователей. [33] Из трех обычных плиток два находятся в p6m группе обоев , а один — в группе p4m . Двумерные плитки с трансляционной симметрией только в одном направлении можно разделить на семь групп фризов, описывающих возможные узоры фризов . [34] Обозначение орбифолда можно использовать для описания групп обоев евклидовой плоскости. [35]
Апериодические мозаики
[ редактировать ]Плитки Пенроуза , в которых используются два разных четырехугольных прототипа, являются самым известным примером плиток, которые принудительно создают непериодические узоры. Они принадлежат к общему классу апериодических мозаик , в которых используются плитки, которые не могут периодически замощяться. Рекурсивный процесс - замощения замен это метод создания апериодических замощений. Одним из классов, который можно создать таким способом, является Rep-tiles ; эти мозаики обладают неожиданными самовоспроизводящимися свойствами. [36] Мозаика-вертушка непериодична и использует конструкцию повторяющейся плитки; плитки появляются в бесконечном количестве направлений. [37] Можно было бы подумать, что непериодическая картина будет совершенно лишена симметрии, но это не так. Апериодические мозаики, хотя и лишены трансляционной симметрии , обладают симметрией других типов за счет бесконечного повторения любого ограниченного участка мозаики и в некоторых конечных группах вращений или отражений этих участков. [38] Правило замены, например, которое можно использовать для создания шаблонов Пенроуза с использованием наборов плиток, называемых ромбами, иллюстрирует симметрию масштабирования. [39] Слово Фибоначчи можно использовать для построения апериодической мозаики и для изучения квазикристаллов , которые представляют собой структуры с апериодическим порядком. [40]
Плитки Ванга представляют собой квадраты, окрашенные по каждому краю и расположенные так, чтобы примыкающие края соседних плиток имели одинаковый цвет; поэтому их иногда называют домино Ванга . Подходящий набор домино Ванга может замостить плоскость, но только апериодически. Это известно, поскольку любую машину Тьюринга можно представить как набор домино Ванга, которые замостили плоскость тогда и только тогда, когда машина Тьюринга не остановилась. Поскольку проблема остановки неразрешима, проблема определения того, сможет ли набор домино Ванга замостить плоскость, также неразрешима. [41] [42] [43] [44] [45]
Плитки Труше представляют собой квадратные плитки, украшенные узорами, поэтому они не имеют вращательной симметрии ; в 1704 году Себастьен Трюше использовал квадратную плитку, разделенную на два треугольника контрастных цветов. Они могут располагать плитку на плоскости периодически или случайным образом. [46] [47]
Плитка Эйнштейна — это единая форма, которая обеспечивает апериодическую мозаику. Первую такую плитку, получившую название «шляпа», обнаружил в 2023 году Дэвид Смит, математик-любитель. [48] [49] Открытие находится на профессиональной экспертизе и после подтверждения будет считаться решением давней математической проблемы . [50]
Тесселяции и цвет
[ редактировать ]Иногда цвет плитки понимается как часть плитки; в других случаях произвольные цвета могут быть применены позже. При обсуждении мозаики, отображаемой в цветах, во избежание двусмысленности необходимо указать, являются ли цвета частью мозаики или просто частью ее иллюстрации. Это влияет на то, будут ли плитки одинаковой формы, но разных цветов считаться идентичными, что, в свою очередь, влияет на вопросы симметрии. Теорема о четырех цветах утверждает, что для каждой мозаики нормальной евклидовой плоскости с набором из четырех доступных цветов каждая плитка может быть окрашена в один цвет так, чтобы ни одна плитка одинакового цвета не встречалась на кривой положительной длины. Раскраска, гарантированная теоремой о четырех цветах, обычно не учитывает симметрию мозаики. Чтобы создать такую раскраску, необходимо рассматривать цвета как часть тесселяции. Здесь может потребоваться до семи цветов, как показано на изображении слева. [51]
Тесселяции с полигонами
[ редактировать ]Помимо различных замощений правильными многоугольниками изучались также замощения другими многоугольниками.
Любой треугольник или четырехугольник (даже невыпуклый ) можно использовать в качестве прототипа для формирования моноэдральной мозаики, часто несколькими способами. Копии произвольного четырехугольника могут образовывать мозаику с трансляционной симметрией и 2-кратной вращательной симметрией с центрами в середине всех сторон. Для асимметричного четырехугольника эта мозаика принадлежит группе обоев p2 . В качестве фундаментальной области у нас есть четырехугольник. Эквивалентно, мы можем построить параллелограмм, опирающийся на минимальный набор векторов перемещения, начиная с центра вращения. Мы можем разделить это на одну диагональ и взять половину (треугольник) в качестве фундаментальной области. Такой треугольник имеет ту же площадь, что и четырёхугольник, и его можно построить путём вырезания и склеивания. [52]
Если разрешена только одна форма плитки, существуют плитки с выпуклыми N -угольниками для N , равных 3, 4, 5 и 6. Для N = 5 см . Пятиугольная плитка , для N = 6 см . Шестиугольная плитка , для N = 7 , см. семиугольную мозаику , а для N = 8 см. восьмиугольную мозаику .
У невыпуклых многоугольников гораздо меньше ограничений на количество сторон, даже если разрешена только одна форма.
Полимино — это примеры плиток, которые являются либо выпуклыми, либо невыпуклыми, для которых можно использовать различные комбинации, повороты и отражения для мозаики плоскости. Результаты по мозаике плоскости полимино см. в разделе Полимино § Использование полимино .
Разбиения Вороного
[ редактировать ]Мозаики Вороного или Дирихле представляют собой мозаику, в которой каждая плитка определяется как набор точек, ближайших к одной из точек в дискретном наборе определяющих точек. (Представьте себе географические регионы, где каждый регион определяется как все точки, ближайшие к данному городу или почтовому отделению.) [53] [54] Ячейка Вороного для каждой определяющей точки представляет собой выпуклый многоугольник. Триангуляция Делоне — это мозаика, которая является двойственным графом мозаики Вороного. Триангуляции Делоне полезны при численном моделировании, отчасти потому, что среди всех возможных триангуляций определяющих точек триангуляции Делоне максимизируют минимум углов, образованных краями. [55] Разбиения Вороного со случайно расположенными точками можно использовать для построения случайных разбиений плоскости. [56]
Тесселяции в более высоких измерениях
[ редактировать ]Тесселяцию можно расширить до трех измерений. Определенные многогранники могут быть сложены в обычный кристаллический узор , чтобы заполнить (или выложить плиткой) трехмерное пространство, включая куб (единственный платоновский многогранник, который может это сделать), ромбдодекаэдр , усеченный октаэдр , а также треугольные, четырехугольные и шестиугольные призмы. , среди других. [57] Любой многогранник, соответствующий этому критерию, известен как плезиоэдр и может иметь от 4 до 38 граней. [58] в природе ромбические додекаэдры встречаются в виде кристаллов андрадита флюорита (разновидность граната ) и Встречающиеся . [59] [60]
Тесселяции в трех и более измерениях называются сотами . В трех измерениях существует только одна правильная сотовая структура, в каждой вершине многогранника имеется по восемь кубов. Аналогично, в трех измерениях существует только один квазирегулярный объект. [с] соты, состоящие из восьми тетраэдров и шести октаэдров в каждой вершине многогранника. Однако существует множество возможных полуправильных сот в трех измерениях. [61] Однородные соты можно построить с помощью конструкции Витхоффа . [62]
Бипризма Шмитта-Конвея представляет собой выпуклый многогранник, обладающий свойством замощения пространства только апериодически. [63]
Треугольник Шварца — это сферический треугольник , который можно использовать для создания мозаики сферы . [64]
Тесселяции в неевклидовой геометрии
[ редактировать ]Можно выполнить мозаику в неевклидовых геометриях, таких как гиперболическая геометрия . Равномерное замощение на гиперболической плоскости (которое может быть правильным, квазиправильным или полуправильным) представляет собой заполнение гиперболической плоскости от края до края с правильными многоугольниками в качестве граней ; они вершинно-транзитивны ( транзитивны по своим вершинам ) и изогональны (существует изометрия, отображающая любую вершину на любую другую). [65] [66]
Однородные соты в гиперболическом пространстве — это равномерная мозаика однородных многогранных ячеек . В трехмерном (3-D) гиперболическом пространстве существует девять семейств Кокстера компактных выпуклых однородных сот , порожденных как конструкции Витхоффа и представленных перестановками колец групповых диаграмм Кокстера для каждого семейства. [67]
В искусстве
[ редактировать ]В архитектуре тесселяции использовались для создания декоративных мотивов с древних времен. Мозаика часто имела геометрический узор. [4] Более поздние цивилизации также использовали плитку большего размера, как простую, так и индивидуально украшенную. Одними из самых декоративных были мавританские настенные плитки исламской архитектуры с использованием плиток Гириха и Зеллиге в таких зданиях, как Альгамбра. [68] и Мечеть . [69]
Тесселяции часто появлялись в графике М.К. Эшера ; его вдохновило мавританское использование симметрии в таких местах, как Альгамбра, когда он посетил Испанию в 1936 году. [70] Эшер сделал четыре « Предел круга », в которых используется гиперболическая геометрия. рисунка мозаики [71] [72] Для своей гравюры на дереве «Предел круга IV» (1960) Эшер подготовил рисунок карандашом и тушью, показывающий необходимую геометрию. [73] Эшер объяснил, что «ни один компонент всей серии, которые из бесконечно далекого расстояния поднимаются, как ракеты, перпендикулярно пределу и наконец теряются в нем, никогда не достигает пограничной линии». [74]
Мозаичные узоры часто появляются на тканях, будь то тканые, вышитые или напечатанные. Узоры тесселяции использовались для создания переплетающихся мотивов лоскутных одеял . [75] [76]
Тесселяция также является основным жанром оригами (складывания бумаги), где складки используются для повторяющегося соединения молекул, таких как складки, вместе. [77]
В производстве
[ редактировать ]Тесселяция используется в обрабатывающей промышленности для уменьшения потерь материала (потери производительности), например листового металла, при вырезании фигур для таких объектов, как автомобильные двери или банки для напитков . [78]
Тесселяция проявляется в трещины . грязевые растрескивании напоминающем тонких пленок, [79] [80] определенная степень самоорганизации – при этом наблюдается с использованием микро- и нанотехнологий . [81]
На природе
[ редактировать ]Соты являются хорошо известным примером мозаики в природе с ее шестиугольными ячейками. [82]
В ботанике термин «мозаика» описывает клетчатый узор, например, на лепестке цветка, коре дерева или фрукте. Цветы, в том числе рябчики , [83] и некоторые виды безвременника имеют характерную мозаичную форму. [84]
Многие узоры в природе образуются из-за трещин в листах материалов. Эти шаблоны можно описать мозаикой Гилберта , [85] также известные как сети случайного взлома. [86] Тесселяция Гилберта — это математическая модель образования грязевых трещин , игольчатых кристаллов и подобных структур. Модель, названная в честь Эдгара Гилберта , позволяет трещинам образовываться, начиная с хаотического разброса по плоскости; каждая трещина распространяется в двух противоположных направлениях вдоль линии, проходящей через точку зарождения, ее наклон выбирается случайным образом, создавая мозаику неправильных выпуклых многоугольников. [87] базальтовой Потоки лавы часто имеют столбчатую трещиноватость в результате сил сжатия, вызывающих трещины по мере остывания лавы. Развивающиеся обширные сети трещин часто образуют шестиугольные столбы лавы. Одним из примеров такого массива колонн является Дорога гигантов в Северной Ирландии. [88] Мозаичное покрытие , характерный пример которого находится в районе Иглхок-Нек на полуострове Тасман в Тасмании , представляет собой редкое образование осадочных пород, в котором порода раскололась на прямоугольные блоки. [89]
встречаются и другие естественные узоры В пенопластах ; они упакованы в соответствии с законами Плато , которые требуют минимальных поверхностей . Такие пенопласты представляют собой проблему, связанную с максимально плотной упаковкой ячеек: в 1887 году лорд Кельвин предложил упаковку, использующую только одно твердое вещество - кубические соты с усеченными кусочками и очень слегка изогнутыми гранями. В 1993 году Денис Вейре и Роберт Фелан предложили структуру Вейра-Фелана , которая использует меньшую площадь поверхности для разделения ячеек равного объема, чем пена Кельвина. [90]
В головоломках и развлекательной математике
[ редактировать ]Мозаика породила множество типов мозаичных головоломок , от традиционных головоломок (с кусочками дерева или картона неправильной формы) [91] и танграм , [92] к более современным головоломкам, которые часто имеют математическую основу. Например, полиромбы и полимино — это фигуры правильных треугольников и квадратов, часто используемые в мозаике. [93] [94] Такие авторы, как Генри Дюдени и Мартин Гарднер, неоднократно использовали тесселяцию в развлекательной математике . Например, Дюдени изобрел шарнирную диссекцию . [95] в то время как Гарднер писал о « рептилии », форме, которую можно разделить на более мелкие копии той же формы. [96] [97] Вдохновленная статьями Гарднера в журнале Scientific American , математик-любитель Марджори Райс обнаружила четыре новых мозаики с пятиугольниками. [98] [99] Возведение квадрата в квадрат — это задача замощения целого квадрата (того, стороны которого имеют целую длину) с использованием только других целых квадратов. [100] [101] Расширение — это возведение плоскости в квадрат, замощение ее квадратами, размеры которых представляют собой натуральные числа без повторений; Джеймс и Фредерик Хенле доказали, что это возможно. [102]
Примеры
[ редактировать ]- Треугольная мозаика , одна из трёх правильных мозаик плоскости.
- Плосконосая шестиугольная мозаика , полуправильная мозаика плоскости.
- Пятиугольная плитка Флоре , двойственная полуправильной плитке и одна из 15 моноэдральных пятиугольных плиток.
- Все элементы мозаики представляют собой одинаковые псевдотреугольники, несмотря на их цвета и орнаменты.
- Чередованная восьмиугольная или тритетрагональная мозаика - это равномерная мозаика гиперболической плоскости.
- Топологическая квадратная мозаика, изоэдрально искаженная в I-образную форму.
См. также
[ редактировать ]Пояснительные сноски
[ редактировать ]- ^ Математический термин для обозначения одинаковых фигур — «конгруэнтный» — в математике «идентичный» означает, что это одна и та же плитка.
- ^ Плитки обычно должны быть гомеоморфны (топологически эквивалентны) замкнутому диску , что означает, что причудливые формы с отверстиями, висячие отрезки линий или бесконечные области исключаются. [18]
- ^ В данном контексте квазирегулярность означает, что ячейки являются правильными (сплошными), а фигуры вершин полуправильными.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Пиковер, Клиффорд А. (2009). Книга по математике: от Пифагора до 57-го измерения, 250 вех в истории математики . Стерлинг . п. 372. ИСБН 978-1-4027-5796-9 .
- ^ Данбабин, Кэтрин, доктор медицины (2006). Мозаики греческого и римского мира . Издательство Кембриджского университета. п. 280.
- ^ «Геометрическая мозаика Брантингема» . Городской совет Халла. 2008 год . Проверено 26 мая 2015 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Филд, Роберт (1988). Геометрические узоры римской мозаики . Тарквиний. ISBN 978-0-906-21263-9 .
- ^ Кеплер, Иоганн (1619). Harmonices Mundi (« Гармония миров »).
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Гуллберг 1997 , стр. 395.
- ^ Стюарт 2001 , с. 13.
- ^ Джиджев, Христо; Потконьяк, Миодраг (2012). «Проблемы динамического покрытия в сенсорных сетях» (PDF) . Лос-Аламосская национальная лаборатория . п. 2 . Проверено 6 апреля 2013 г.
- ^ Fyodorov, Y. (1891). "Simmetrija na ploskosti [Symmetry in the plane]". Zapiski Imperatorskogo Sant-Petersburgskogo Mineralogicheskogo Obshchestva [Proceedings of the Imperial St. Petersburg Mineralogical Society] . 2 (in Russian). 28 : 245–291.
- ^ Shubnikov, Alekseĭ Vasilʹevich; Belov, Nikolaĭ Vasilʹevich (1964). Colored Symmetry . Macmillan .
- ^ Хиш, Х.; Кинцле, О. (1963). Замыкание поверхности: система форм плавно соединяющихся частей поверхности (на немецком языке). Спрингер .
- ^ «Тесселат» . Мерриам-Вебстер Онлайн . Проверено 26 мая 2015 г.
- ^ Конвей, Р.; Бургель, Х.; Гудман-Штраусс, Г. (2008). Симметрии вещей . Питерс.
- ^ Коксетер 1973 .
- ^ Канди и Роллетт (1961). Математические модели (2-е изд.). Оксфорд. стр. 61–62.
- ^ Эшер 1974 , стр. 11–12, 15–16.
- ^ «Собор Святого Марка» . Раздел: Мозаичный пол . Базилика Сан-Марко . Проверено 26 апреля 2013 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж Грюнбаум и Шепард 1987 , с. 59.
- ^ Шатшнайдер, Дорис (сентябрь 1980 г.). «Будет ли это плитка? Попробуйте критерий Конвея!». Журнал «Математика» . Том. 53, нет. 4. С. 224–233. дои : 10.2307/2689617 . JSTOR 2689617 .
- ^ Коксетер, HSM (1948). Правильные многогранники . Метуэн . стр. 14, 69, 149. ISBN. 978-0-486-61480-9 .
- ^ Вайсштейн, Эрик В. «Тесселяция» . Математический мир .
- ^ Эммер, Мишель; Шатшнайдер, Дорис (8 мая 2007 г.). Наследие MC Эшера: празднование столетия . Берлин Гейдельберг: Springer. п. 325. ИСБН 978-3-540-28849-7 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Хорн, Клэр Э. (2000). Геометрическая симметрия в узорах и плитках . Издательство Вудхед. стр. 172, 175. ISBN. 978-1-85573-492-0 .
- ^ Датч, Стивен (29 июля 1999 г.). «Некоторые специальные радиальные и спиральные мозаики» . Университет Висконсина. Архивировано из оригинала 4 апреля 2013 года . Проверено 6 апреля 2013 г.
- ^ Хиршхорн, доктор медицины; Хант, округ Колумбия (1985). «Равносторонние выпуклые пятиугольники, замостившие плоскость» . Журнал комбинаторной теории . Серия А. 39 (1): 1–18. дои : 10.1016/0097-3165(85)90078-0 .
- ^ Вайсштейн, Эрик В. «Регулярные тесселяции» . Математический мир .
- ^ Стюарт 2001 , с. 75.
- ^ NRICH (Математический проект тысячелетия) (1997–2012). «Тесселяции Шлефли» . Кембриджский университет . Проверено 26 апреля 2013 г.
- ^ Уэллс, Дэвид (1991). «мозаика двумя квадратами». Словарь любопытной и интересной геометрии Penguin . Нью-Йорк: Книги Пингвина. стр. 260–261 . ISBN 978-0-14-011813-1 .
- ^ Кирби, Мэтью; Амбл, Рональд (2011). «Мозаика по краям и головоломки с марками». Журнал «Математика» . 84 (4): 283–89. дои : 10.4169/math.mag.84.4.283 . S2CID 123579388 .
- ^ Армстронг, Массачусетс (1988). Группы и симметрия . Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-96675-3 .
- ^ Грюнбаум, Бранко (июнь – июль 2006 г.). «Какие группы симметрии присутствуют в Альгамбре?» (PDF) . Уведомления Американского математического общества . 53 (6): 670–673.
- ^ Лу, Питер Дж.; Стейнхардт (23 февраля 2007 г.). «Декагональные и квазикристаллические плитки в средневековой исламской архитектуре». Наука . 315 (5815): 1106–10. Бибкод : 2007Sci...315.1106L . дои : 10.1126/science.1135491 . ПМИД 17322056 . S2CID 10374218 .
- ^ Вайсштейн, Эрик В. «Frieze Group» . Математический мир .
- ^ Хьюсон, Дэниел Х. (1991). «Мутация двумерной симметрии» . Принстонский университет. CiteSeerX 10.1.1.30.8536 – через CiteSeerX.
- ^ Гарднер 1989 , стр. 1–18.
- ^ Радин, К. (май 1994 г.). «Вертушка плоскости». Анналы математики . 139 (3): 661–702. CiteSeerX 10.1.1.44.9723 . дои : 10.2307/2118575 . JSTOR 2118575 .
- ^ Остин, Дэвид. «Плитки Пенроуза говорят на многие мили» . Американское математическое общество . Проверено 29 мая 2015 г.
- ^ Харрисс, Е.О. «Апериодическая черепица» (PDF) . Лондонский университет и EPSRC. Архивировано из оригинала (PDF) 29 августа 2017 года . Проверено 29 мая 2015 г.
- ^ Дхарма-вардана, MWC; Макдональд, АХ; Локвуд, диджей; Барибо, Ж.-М.; Хоутон, округ Колумбия (1987). «Комбинационное рассеяние света в сверхрешетках Фибоначчи». Письма о физических отзывах . 58 (17): 1761–1765. Бибкод : 1987PhRvL..58.1761D . doi : 10.1103/physrevlett.58.1761 . ПМИД 10034529 .
- ^ Ван, Хао (1961). «Доказательство теорем путем распознавания образов — II». Технический журнал Bell System . 40 (1): 1–41. дои : 10.1002/j.1538-7305.1961.tb03975.x .
- ^ Ван, Хао (ноябрь 1965 г.). «Игры, логика и компьютеры». Научный американец . стр. 98–106.
- ^ Бергер, Роберт (1966). «Неразрешимость проблемы домино». Мемуары Американского математического общества . 66 (66): 72. дои : 10.1090/memo/0066 .
- ^ Робинсон, Рафаэль М. (1971). «Неразрешимость и непериодичность разбиений плоскости». Математические изобретения . 12 (3): 177–209. Бибкод : 1971InMat..12..177R . дои : 10.1007/bf01418780 . МР 0297572 . S2CID 14259496 .
- ^ Чулик, Карел II (1996). «Апериодический набор из 13 плиток Ванга» . Дискретная математика . 160 (1–3): 245–251. дои : 10.1016/S0012-365X(96)00118-5 . МР 1417576 .
- ^ Браун, Кэмерон (2008). «Кривые и поверхности Трюше». Компьютеры и графика . 32 (2): 268–281. дои : 10.1016/j.cag.2007.10.001 .
- ^ Смит, Сирил Стэнли (1987). «Мозаичные узоры Себастьяна Труше и топология структурной иерархии». Леонардо . 20 (4): 373–385. дои : 10.2307/1578535 . JSTOR 1578535 . S2CID 192944820 .
- ^ Коновер, Эмили (24 марта 2023 г.). «Математики наконец-то обнаружили неуловимую плитку Эйнштейна» . Новости науки . Проверено 25 марта 2023 г. с изображением узора
- ^ Смит, Дэвид; Майерс, Джозеф Сэмюэл; Каплан, Крейг С.; Гудман-Штраус, Хаим (март 2023 г.). «Апериодический монотиль». arXiv:2303.10798
- ↑ Робертс, Сойбхан, Неуловимый «Эйнштейн» решает давнюю математическую задачу , New York Times, 28 марта 2023 г., с изображением закономерности.
- ^ «Задача четырех цветов» , Математическая энциклопедия , EMS Press , 2001 [1994]
- ^ Джонс, Оуэн (1910) [1856]. Грамматика орнамента (изд. фолио). Бернард Куоритч .
- ^ Ауренхаммер, Франц (1991). «Диаграммы Вороного - обзор фундаментальной геометрической структуры данных». Обзоры вычислительной техники ACM . 23 (3): 345–405. дои : 10.1145/116873.116880 . S2CID 4613674 .
- ^ Окабе, Ацуюки; Бутс, Барри; Сугихара, Кокичи; Чиу, Сунг Нок (2000). Пространственные замощения - концепции и применение диаграмм Вороного (2-е изд.). Джон Уайли. ISBN 978-0-471-98635-5 .
- ^ Джордж, Пол Луи; Боручаки, Хоуман (1998). Триангуляция Делоне и создание сеток: применение к конечным элементам . Гермес . стр. 34–35. ISBN 978-2-86601-692-0 .
- ^ Моллер, Джеспер (1994). Лекции по случайным мозаикам Вороного . Спрингер. ISBN 978-1-4612-2652-9 .
- ^ Грюнбаум, Бранко (1994). «Равномерные замощения трехмерного пространства». Геомбинаторика . 4 (2): 49–56.
- ^ Энгель, Питер (1981). «О делениях областей кубической симметрии». Журнал кристаллографии, кристаллической геометрии, кристаллофизики, кристаллохимии . 154 (3–4): 199–215. Бибкод : 1981ZK....154..199E . дои : 10.1524/zkri.1981.154.3-4.199 . МР 0598811 . .
- ^ Олдершоу, Кэлли (2003). Путеводитель Firefly по драгоценным камням . Книги Светлячка. п. 107 . ISBN 978-1-55297-814-6 .
- ^ Киркалди, Дж. Ф. (1968). Минералы и камни в цвете (2-е изд.). Блэндфорд. стр. 138–139.
- ^ Коксетер, Гарольд Скотт Макдональд; Шерк, Ф. Артур; Канадское математическое общество (1995). Калейдоскопы: Избранные сочинения HSM Coxeter . Джон Уайли и сыновья. п. 3 и пассим. ISBN 978-0-471-01003-6 .
- ^ Вайсштейн, Эрик В. «Строительство Витхоффа» . Математический мир .
- ^ Сенешаль, Марджори (26 сентября 1996 г.). Квазикристаллы и геометрия . Архив Кубка. п. 209 . ISBN 978-0-521-57541-6 .
- ^ Блэк, Х.А. (1873). «О тех случаях, когда гауссов гипергеометрический ряд представляет собой алгебраическую функцию своего четвертого элемента» . Журнал чистой и прикладной математики . 1873 (75): 292–335. дои : 10.1515/crll.1873.75.292 . ISSN 0075-4102 . S2CID 121698536 .
- ^ Маргенштерн, Морис (4 января 2011 г.). «Координаты нового треугольного замощения гиперболической плоскости». arXiv : 1101.0530 [ cs.FL ].
- ^ Задник, Гашпер. «Замощение гиперболической плоскости правильными многоугольниками» . Вольфрам . Проверено 27 мая 2015 г.
- ^ Коксетер, HSM (1999). «Глава 10: Правильные соты в гиперболическом пространстве». Красота геометрии: двенадцать эссе . Дуврские публикации . стр. 212–213. ISBN 978-0-486-40919-1 .
- ^ «Математика в искусстве и архитектуре» . Национальный университет Сингапура . Проверено 17 мая 2015 г.
- ^ Уиттакер, Эндрю (2008). Говори культуру: Испания . Издательство Торогуд . п. 153. ИСБН 978-1-85418-605-8 .
- ^ Эшер 1974 , стр. 5, 17.
- ^ Герстен, С.М. «Введение в гиперболические и автоматические группы» (PDF) . Университет Юты . Проверено 27 мая 2015 г.
Рисунок 1 является частью мозаики евклидовой плоскости, которую мы представляем себе продолженной во всех направлениях, а рисунок 2 [Ограничение круга IV] представляет собой красивую мозаику модели единичного диска Пуанкаре гиперболической плоскости белыми плитками, изображающими ангелов и черных. плитки, изображающие дьяволов. Важная особенность второго состоит в том, что все белые плитки конгруэнтны, как и все черные плитки; конечно, это неверно для евклидовой метрики, но справедливо для метрики Пуанкаре
- ^ Лейс, Джос (2015). «Гиперболический Эшер» . Проверено 27 мая 2015 г.
- ^ Эшер 1974 , стр. 142–143.
- ^ Эшер 1974 , с. 16.
- ^ Портер, Кристина (2006). Одеяла с тесселяцией: сенсационные дизайны на основе переплетающихся узоров . Ф+В Медиа. стр. 4–8. ISBN 978-0-7153-1941-3 .
- ^ Бейер, Джинни (1999). Проектирование тесселяций: секреты переплетения узоров . Современная книга . пп. гл. 7. ISBN 978-0-8092-2866-9 .
- ^ Гьерде, Эрик (2008). Тесселяции оригами . Тейлор и Фрэнсис . ISBN 978-1-568-81451-3 .
- ^ «Снижение потерь урожая: использование меньшего количества металла для производства того же самого продукта» . Университет ИТ Кембриджа . Архивировано из оригинала 29 мая 2015 года . Проверено 29 мая 2015 г.
- ^ Таулесс, доктор медицины (1990). «Расстояние между трещинами в хрупких пленках на эластичных подложках». Дж. Ам. хим. Соц . 73 (7): 2144–2146. дои : 10.1111/j.1151-2916.1990.tb05290.x .
- ^ Ся, ZC; Хатчинсон, JW (2000). «Трещины в тонких пленках». Дж. Мех. Физ. Твердые тела . 48 (6–7): 1107–1131. Бибкод : 2000JMPSo..48.1107X . дои : 10.1016/S0022-5096(99)00081-2 .
- ^ Сегир, Р.; Арскотт, С. (2015). «Контролируемое образование грязевых трещин и самоорганизованное растрескивание поверхностей полидиметилсилоксанового эластомера» . наук. Представитель . 5 : 14787. Бибкод : 2015NatSR...514787S . дои : 10.1038/srep14787 . ПМК 4594096 . ПМИД 26437880 .
- ^ Болл, Филип (2013). «Как соты могут строиться сами» . Природа . дои : 10.1038/nature.2013.13398 . S2CID 138195687 . Проверено 7 ноября 2014 г.
- ^ Краткий Оксфордский словарь английского языка (6-е изд.). Соединенное Королевство: Издательство Оксфордского университета. 2007. с. 3804. ИСБН 978-0-19-920687-2 .
- ^ Перди, Кэти (2007). «Безвременники: самый сокровенный секрет осени». Американский садовник (сентябрь/октябрь): 18–22.
- ^ Шрайбер, Томаш; Соя, Наталья (2010). «Теория пределов для плоских мозаик Гилберта». arXiv : 1005.0023 [ мат.PR ].
- ^ Грей, Нью-Хэмпшир; Андерсон, Дж. Б.; Дивайн, Джей Ди; Квасник, Дж. М. (1976). «Топологические свойства случайных сетей трещин». Математическая геология . 8 (6): 617–626. дои : 10.1007/BF01031092 . S2CID 119949515 .
- ^ Гилберт, EN (1967). «Случайные плоские сети и игольчатые кристаллы». В Нобл, Б. (ред.). Применение бакалавриата по математике в инженерном деле . Нью-Йорк: Макмиллан.
- ^ Вейре, Д. ; Ривье, Н. (1984). «Мыло, клетки и статистика: случайные закономерности в двух измерениях». Современная физика . 25 (1): 59–99. Бибкод : 1984ConPh..25...59W . дои : 10.1080/00107518408210979 .
- ^ Бранаган, Д.Ф. (1983). Янг, RW; Нансон, GC (ред.). Мозаичные тротуары . Особенности ландшафтов австралийского песчаника. Специальная публикация № 1, Геоморфология Австралии и Новой Зеландии. Вуллонгонг, Новый Южный Уэльс: Университет Вуллонгонга . стр. 11–20. ISBN 978-0-864-18001-8 . OCLC 12650092 .
- ^ Болл, Филип (2009). Формы . Издательство Оксфордского университета . стр. 73–76. ISBN 978-0-199-60486-9 .
- ^ МакАдам, Дэниел. «История пазлов» . Американское общество головоломок. Архивировано из оригинала 11 февраля 2014 года . Проверено 28 мая 2015 г.
- ^ Слокам, Джерри (2001). Дао Танграма . Барнс и Ноубл. п. 9. ISBN 978-1-4351-0156-2 .
- ^ Голомб, Соломон В. (1994). Полимино (2-е изд.). Издательство Принстонского университета . ISBN 978-0-691-02444-8 .
- ^ Мартин, Джордж Э. (1991). Полимино: Путеводитель по головоломкам и задачам по мозаике . Математическая ассоциация Америки. ISBN 978-0-88385-501-0 .
- ^ Фредериксон, Грег Н. (2002). Шарнирное рассечение: качание и скручивание . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-81192-7 .
- ^ Гарднер, Мартин (май 1963 г.). «О «рептилиях» - полигонах, которые могут создавать большие и меньшие копии самих себя». Научный американец . Том. 208, нет. Может. стр. 154–164.
- ^ Гарднер, Мартин (14 декабря 2006 г.). Ага! Двухтомный сборник: Ага! Попался Ага! Понимание . МАА. п. 48. ИСБН 978-0-88385-551-5 .
- ^ Сури, Мани (12 октября 2015 г.). «Важность развлекательной математики» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ Шатшнайдер, Дорис (1978). «Облицовка плоскости равными пятиугольниками» (PDF) . Журнал «Математика» . 51 (1). МАА: 29–44. дои : 10.2307/2689644 . JSTOR 2689644 .
- ^ Тутте, В.Т. «Квадрат квадрата» . Квадрат.нет . Проверено 29 мая 2015 г.
- ^ Гарднер, Мартин; Тутт, Уильям Т. (ноябрь 1958 г.). «Математические игры». Научный американец .
- ^ Хенле, Фредерик В.; Хенле, Джеймс М. (2008). «Квадрат плоскости» (PDF) . Американский математический ежемесячник . 115 (1): 3–12. дои : 10.1080/00029890.2008.11920491 . JSTOR 27642387 . S2CID 26663945 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 июня 2006 года.
Источники
[ редактировать ]- Коксетер, HSM (1973). «Раздел IV: Мозаика и соты». Правильные многогранники . Дуврские публикации . ISBN 978-0-486-61480-9 .
- Эшер, MC (1974). Дж. Л. Лочер (ред.). Мир MC Эшера (Новое краткое изд. NAL). Абрамс. ISBN 978-0-451-79961-6 .
- Гарднер, Мартин (1989). Плитки Пенроуза к шифрам с люками . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-88385-521-8 .
- Грюнбаум, Бранко ; Шепард, GC (1987). Плитки и узоры . У. Х. Фриман. ISBN 978-0-7167-1193-3 .
- Галлберг, Ян (1997). Математика от рождения чисел . Нортон. ISBN 978-0-393-04002-9 .
- Стюарт, Ян (2001). Какой формы снежинка? . Вайденфельд и Николсон. ISBN 978-0-297-60723-6 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Tegula (программное обеспечение с открытым исходным кодом для исследования двумерных мозаик плоскости, сферы и гиперболической плоскости; включает базы данных, содержащие миллионы мозаик)
- Wolfram MathWorld: Tessellation (хорошая библиография, рисунки правильных, полуправильных и полурегулярных тесселяций)
- Дирк Фреттлё и Эдмунд Харрисс . « Энциклопедия плиток » (подробная информация о плитках-заменителях, включая рисунки, людей и ссылки)
- Tessellations.org (практические руководства, галерея мозаики Эшера, галереи мозаик других художников, планы уроков, история)
- Эппштейн, Дэвид . «Свалка геометрии: гиперболическая черепица» . (список веб-ресурсов, включая статьи и галереи)