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Heptiamonds

Insgesamt gibt es 24 Möglichkeiten, sieben gleichseitige Dreiecke Kante-an-Kante und Ecke-an-Ecke zu einer geschlossenen Form (topological disk) zusammenzulegen. Dazu kommen nicht abgebildete Spiegelungen derjenigen Heptiamonds, die nicht spiegelsymmetrisch sind. 

Hier ist die Challenge aus Aufgabe 1.2.5: Exakt einer der 24 Heptiamonds eignet sich nicht, um eine Fläche mit ihm alleine zu pflastern. Welcher?

Wenn ich das Buch richtig verstanden habe, ist die Verwendung von Spiegelungen erlaubt. Mit den einfarbigen Teilen ist vermutlich besser umzugehen als mit den bunten, die vor allem den Aufbau der Teile zeigen.

 

Grashalm-Spirale

Dieses Tile eignet sich unter anderem dazu, Spiralen zu bilden, die die Ebene komplett füllen. Erst in Vergrößerung konnte ich erkennen, dass die Winkelangaben in Abbildung 1.2.3 nicht mit einer 0 enden, sondern mit einem θ (Theta), also zum Beispiel 4θ statt 40. Hier finden Sie korrekte Winkel. Alle Segmente sind gleich lang.

Grundformen monohedrischer Tilings

Die Aufgaben zu Kapitel 1.2 nennen Kriterien, mit denen Elemente monohedrischer Tilings erkannt werden können. Ich habe nur Formen reproduziert, die ich einigermaßen exakt nachbilden konnte. Bei Polyominos habe ich mich für die reinen Umrisse entschieden. Die Aufgabe zu den Abbildungen ist, mit jeder Form jeweils eine Ebene zu parkettieren.

Geflecht

Abbildung 1.3.5 dient eigentlich zur Erläuterung von Periodenparallelogrammen. Ich beschränke mich hier auf das Tiling, das mich an ein Geflecht erinnert.

Orangenspalte

Das abgebildete Tile lässt sich nur auf eine einzige Art kombinieren, um die Ebene zu füllen. Die Parkettierung ist in Abbildung 1.3.7 gezeigt, dort finden sich auch die genauen Winkel. Ursprüngliche Quelle ist wohl H. Heesch: Reguläres Parkettierungsproblem. Westdeutscher Verlag 1968.

Monomorphe Prototiles

Aus diesen Tiles lässt sich nur auf eine Art eine Parkettierung bilden. Beim Quadrat und Dreieck wurden zu diesem Zweck Zacken eingefügt, das Viereck ist völlig unsymmetrisch, beim Sechseck sind nur je zwei parallele Seiten gleich lang und ein Teil der anderen Tiles wird auch in anderen Abbildungen verwendet.

Isohedrale Tilings

Wie viele Tilings möglich sind, hängt von der Form der Tiles ab. Hier Beispiele für Tiles, die genau zwei Tilings ermöglichen.

Ein trimorphes Prototile

Basis für das Prototile (mich erinnert es an ein Ampelmännchen) ist ein Quadrat, auf dem ein gleichwinkliges rechtwinkliges Dreieck sitzt. Die Zähne der drei großen Seiten sind rotationssymmetrisch und jeweils gleich, ebenso die der beiden kleinen Seiten. Es gestattet drei unterschiedliche Parkettierungen. Bei den ersten beiden Parkettierungen unterscheidet sich der Verlauf rechts vom markierten Tile.

Tilings mit zwei Grundformen

Mit regelmäßigen Fünfecken lässt sich keine Ebene pflastern. In Kombination mit passenden Rauten (Winkel 144 und 36 Grad, gleiche Seitenlänge wie das Fünfeck) ergeben sich viele Möglichkeiten.

Definitionen

Ein Versuch, die Definitionen aus Kapitel 1 zusammen zu fassen. Die definierten Begriffe wurden englisch belassen.

  • Packing: Füllen einer Ebene ohne Überlappung.
  • Density: Anteil von einem Packing bedeckter Fläche.
  • Covering: Lückenloses Bedecken einer Fläche.
  • Tiling: Lückenloses Füllen einer Ebene, im speziellen Fall mit topological Disks.
  • Topological Disk: Fläche, deren Rand eine einzige Kurve bildet, die einfach (ohne Kreuzungen) und geschlossen (endlich) ist.
  • Vertex: Ecke, an der mehrere Tiles aufeinandertreffen.
  • Valence: Anzahl der Tiles, die an einem Vertex aufeinander treffen. Adjektiv dazu: n-valent.
  • Edge: Von mehreren Tiles berührte Kante zwischen zwei Vertices. Die Kante kann eine Gerade, eine Kurve oder ein Linienzug sein.
  • Corner, Side: Begrenzungen eines Polygons durch Ecken und Seiten (im Unterschied zu einem Tiling mit Vertices und Kanten).
  • K-gon: Polygon mit k Ecken und Seiten.
  • Edge-to-Edge: Corners/Sides sind identisch mit Vertices/Edges.
  • Adjacent: Zwei Tiles sind adjacent, wenn sie eine gemeinsame Kante haben.
  • Neighbour: Zwei Tiles sind Nachbarn, wenn sie adjacent sind oder wenn sie einen Vertex gemeinsam haben.
  • Incident: Beziehung eines Tiles zu seinen Edges und Vertices, auch Beziehung eines Edges zu seinen Endpunkten.
  • Equal/the same: zwei Tilings, die durch Skalierung und Verschiebung zur Deckung gebracht werden können.
  • Congruent: zwei Tilings, die durch Verschiebung alleine zur Deckung gebracht werden können.
  • Patch: ein „Supertile“, eine topological disk, die aus mehreren Tiles zusammengesetzt ist.
  • Monohedral: Das Tiling besteht nur aus einer Sorte Tiles. In einer monohedralen Parkettierung ist das zugrunde liegende Tile das Prototile, und es gestattet (admits) die Parkettierung.
  • Dihedral/n-hedral: Das Tiling besteht aus zwei/n Sorten Tiles.
  • symmetrisches Tiling: Es gibt mindestens eine Symmetriebene (zusätzlich zur Identitätstransformation).
  • periodisches Tiling: Es gibt mindestens zwei nicht parallele Translationen.
  • Monogonal: Alle Vertices haben den selben Typ (zum Beispiel treffen an jedem Vertex vier Quadrate aufeinander).
  • Einfache Transformation: Gedanklich wird ein Tiling auf Transparentpapier übertragen und dieses Transparentpapier kann dann durch Verschiebung, Drehung oder Spiegelung mit dem Tiling zur Deckung gebracht werden (Kanten, Vertices oder auch beides) - je nach folgender Definition.
  • Isogonal: Jeder Vertex kann durch eine einfache Transformation auf jeden anderen abgebildet werden.
  • k-isogonal: Es gibt k verschiedene Typen von Vertices. Durch eine einfache Transformation können alle Vertices mit Vertices des selben Typs zur Deckung gebracht werden.
  • Isotoxal: Jede Kante (edge) kann durch eine einfache Transformation auf jede andere Kante abgebildet werden.