Hans Walser, [20160414]
Bumerang und Affensattel
Anregung: R. S., C.
Es werden einige Kurven und FlŠchen mit den impliziten Darstellungen:
(1)
vorgestellt.
Dabei zeigt sich ein ParitŠtsproblem bezŸglich n.
In den meisten der folgenden Beispiele wird a = 0 gewŠhlt.
Im Raum tritt ein Affensattel auf.
Die Studie zeigt nur PhŠnomene und ist mathematisch nicht relevant.
FŸr n = 2 und a = 0 erhalten wir in der Ebene den Kreis mit Zentrum und Radius (Abb. 1)
Abb. 1: Kreis
Der Kreis verlŠuft durch die vier Eckpunkte des Einheitsquadrates.
Im Raum ergibt sich die Kugel mit Zentrum und Radius (Abb. 2).
Abb. 2: Kugel
Die Kugel verlŠuft durch die acht Eckpunkte des EinheitswŸrfels.
Es werden einige Beispiele in der Ebene vorgestellt. Wo nichts anderes vermerkt wird, ist a = 0.
FŸr n = 1 ergeben sich Geraden. Die Abbildung 3 zeigt die Situation fŸr a = 0.
Abb. 3: n = 1, a = 0
FŸr n = 2 ergeben sich Kreise mit dem Mittelpunkt (Abb. 1).
Die Abbildung 4 zeigt die Situation fŸr n = 3 und a = 0.
Abb. 4: n = 3, a = 0
Der Ursprung gehšrt auch zur Lšsungsmenge. Diese verlŠuft also durch die vier Eckpunkte des Einheitsquadrates. Ferner haben wir eine Asymptote, welche durch den Punkt verlŠuft und die Steigung –1 hat.
Die Abbildung 5 zeigt die Situation fŸr n = 4 und a = 0. Die Kurve ist geschlossen und verlŠuft durch die vier Eckpunkte des Einheitsquadrates. Die Funktion des Punktes ist unklar.
Abb. 5: n = 4, a = 0
FŸr n = 5 (Abb. 6) ist die Situation analog wie fŸr n = 3.
Abb. 6: n = 5, a = 0
FŸr n = 6 (Abb. 7) ist die Situation analog wie fŸr n = 4.
Abb. 7: n = 6, a = 0
Wir merken, wie der Hase lŠuft.
Die Lšsung enthŠlt zusŠtzlich den Ursprung. Sie verlŠuft also durch die vier Eckpunkte des Einheitsquadrates. Ferner haben wir eine Asymptote, welche durch den Punkt verlŠuft und die Steigung –1 hat.
Die Abbildungen 8 und 9 zeigen die Situation fŸr n = 11 respektive fŸr n = 101.
Abb. 8: n = 11, a = 0
Abb. 9: n = 101, a = 0
Die Kurve verlŠuft durch die vier Eckpunkte des Einheitsquadrates. Die Abbildungen 10 und 11 zeigen die Situation fŸr n = 10 und n = 100.
Abb. 10: n = 10, a = 0
Abb. 11: n = 100, a = 0
FŸr n = 8 und a = –0.03 ergibt sich die Kurve der Abbildung 12. Die Kurve verlŠuft nicht mehr durch die Eckpunkte des Einheitsquadrates.
Abb. 12: Bumerang
Es wŠre jetzt allerdings falsch, von einer ãModellierungÒ eines Bumerangs zu sprechen, da wesentliche physikalische und insbesondere aerodynamische Aspekte nicht berŸcksichtigt worden sind. Der Šu§ere Schein der Form und die erste Assoziation begrŸnden keine Modellierung.
Nun noch einige Beispiele im Raum.
FŸr n = 1 ergeben sich Ebenen mit dem Normalvektor
(2)
FŸr n = 2 und a = 0 ergibt sich eine Kugel mit dem Mittelpunkt und dem Radius (Abb. 2). Die Kugel verlŠuft durch die acht Eckpunkte des EinheitswŸrfels.
Die Abbildung 13 zeigt die Situation fŸr n = 3 und a = 0.
Abb. 13: n = 3, a = 0
Die FlŠche geht sichtbar durch sieben der acht Ecken des EinheitswŸrfels. Aber auch die achte Ecke (der Ursprung) ist eine Lšsung, wenn auch isoliert.
Spannend ist die Frage, was ãjanz weit au§enÒ geschieht. Aufgrund der Situation in der Ebene (Abb. 4), hat der Autor eine asymptotische Ebene erwartet. Die Abbildung 14 zeigt, was wirklich geschieht.
Abb. 14: Sicht aus Distanz, Affensattel
Die gewŠhlte Beleuchtung zeigt, dass wir es eher mit einem Affensattel zu tun haben. Affensattel darum, weil der Affen zusŠtzlich zu seien zwei Beinen auch den Schwanz einordnen muss. Die Abbildung 15 zeigt eine andere Sicht derselben Figur. Wir haben eine Berg- und Talbahn mit drei Bergen und drei TŠlern.
Abb. 15: Andere Sicht
Die rote FlŠche nŠhert sich nach au§en einer aus sechs ebenen FlŠchenstŸcken zusammengesetzten Grenzfigur an (Abb. 16). Die Spitzen der Sektoren haben den Punkt gemeinsam.
Abb. 16: GrenzflŠche
Die Abbildung 17 zeigt die Situation der Abbildung 13 zusammen mit der Grenzfigur. Die beiden Figuren durchdringen sich.
Abb. 17: Mit Grenzfigur
Die Grenzfigur hat folgende Geometrie.
In einem WŸrfel wŠhlen wir sechs Kanten gemŠ§ Abbildung 18a. Zwei diametrale WŸrfelecken werden vom Kantenzug gemieden.
Abb. 18: Grenzfigur im WŸrfel
Vom WŸrfelmittelpunkt aus zeichnen wir nun die sechs gleichschenkligen Dreiecke mit dem WŸrfelmittelpunkt als Spitze und je einer dieser sechs WŸrfelkanten als Basis. Es entsteht ein kantiger Affensattel.
Die gleichschenkligen Dreiecke haben an der Spitze je den Winkel:
(3)
Dieser Winkel tritt in der Kristallografie hŠufig auf.
Zwei benachbarte gleichschenklige Dreiecke haben an der gemeinsamen Kante einen Schnittwinkel von 120¡.
Diese Grenzfigur tritt in unserem Kontext bei allen ungeraden Zahlen n auf. Die Abbildung 19 zeigt die Situation fŸr n = 11.
Abb. 19: n = 11, a = 0
Die Abbildung 20 zeigt die Situation fŸr n = 4 und a = 0.
Abb. 20: n = 4, a = 0
Interessant ist natŸrlich, was an der achten Ecke des EinheitswŸrfels los ist. Dazu schauen wir die Figur von unten an und erkennen einen Affensattel (Abb. 21).
Abb. 21: Affensattel im Ursprung
Dieser Affensattel im achten Eckpunkt tritt bei allen geraden Zahlen n auf. Die Abbildungen 22 und 23 zeigen die Situation fŸr n = 10.
Abb. 22: n = 10, a = 0
Abb. 23: n = 10, a = 0, Affensattel
Die Abbildung 24 zeigt die Figur fŸr n = 8 und a = –0.03. In der Ebene erhielten wir dafŸr den Bumerang (Abb. 12).
Abb. 24: Bumerang?