Symmetri i natur, kunst og matematik

Relaterede dokumenter
Symmetri i natur, kunst og matematik

Symmetri i natur, kunst og matematik

Symmetri i natur, kunst og matematik

Symmetri og matematik i natur og forståelse

1 F Flytningsgeometri F Flytningsgeometri

Symmetrier og Mønstre Symmetri, molekylær gastronomi og livets kemi, Karl Anker Jørgensen, Kemi Symmetri og netværk i biologiens verden, Jens Mogens O

OM KAPITLET FLYTNINGER OG MØNSTRE. Elevernes egne svar eller Elevernes egne forklaringer. I

Flytninger og mønstre

Flytninger og mønstre

Linjer. Figurer. Format 4. Nr. 14. Navn: Klasse: Dato: Kopiark til elevbog side 17

Matematik Færdigheds- og vidensmål (Geometri og måling )

Affine transformationer/afbildninger

Forside. Matematik og Statistik. Symmetri. Tapetmønstre. Gruppe G maj 2014

Matematik interne delprøve 09 Tesselering

Forskellig eller ens? Geometriforløb i 5 klasse.

Keplers verdensbillede og de platoniske legemer (de regulære polyedre).

Symmetri. - i tapetmønstre

Lærereksemplar. Kun til lærerbrug GEOMETRI 89. Kopiering er u-økonomisk og forbudt til erhvervsformål.

Symmetrien i krystaller

Linjespillet. Figurer. Format6. Nr. 18. Kopiark til elevbog side 16

Tilhørende: Robert Nielsen, 8b. Geometribog. Indeholdende de vigtigste og mest basale begreber i den geometriske verden.

Mødet. 6 Geometri. Begreb Eksempel Navn. Parallel. Vinkelret. Linjestykke. Polygon. Cirkelperiferi. Midtpunkt. Linje. Diagonal. Radius.

i tredje kilogram (kg) længde cirkeludsnit periferi todimensional hjørne

Undersøgelser af trekanter

Matematiklærerdag 2008

Tapetmønstre. Symmetri i 2 dimensioner. 4. Semester - MAT4 Aalborg Universitet

fortsætte høj retning mellem mindre over større

Øvelse 1. bygges op, modellen

Figurer med ligesidede trekanter deltaedere

Elevbog s Vi opsummerer hvad vi ved i. kendskab til geometriske begreber og figurer.

Hop videre med. Udforskning af opgaverne for 6. og 7. klassetrin i Danmark. 1 a) Tegn alle de mulige symmetriakser på vejskiltene.

1 Oversigt I. 1.1 Poincaré modellen

Kompetencetræning #2 også til prøven. 31. Januar 2019

Om ensvinklede og ligedannede trekanter

Vektorer og lineær regression

Vektorer og lineær regression. Peter Harremoës Niels Brock

6 Geometri. Faglige mål. Geometriske begreber. Vinkler. Modeller. Kongruens og ligedannethed

Eksempel på den aksiomatisk deduktive metode

Introduktion til. og Ligedannethed i 3. klasse. Lærervejledning

brikkerne til regning & matematik geometri F+E+D preben bernitt

Sådan gør du i GeoGebra.

Trekanthøjder Figurer

Eleven kan handle med overblik i sammensatte situationer med matematik. Eleven kan anvende rationale tal og variable i beskrivelser og beregninger

Matematik på Åbent VUC

MULTI PRINTARK CAROLINE KREIBERG ANETTE SKIPPER-JØRGENSEN RIKKE TEGLSKOV GYLDENDAL

Oversigt over Forenklede Fælles Mål i forbindelse med kapitlerne i MULTI. Problembehandling. Modellering

Retningslinjer for bedømmelsen. Georg Mohr-Konkurrencen runde

kilogram (kg) passer isometrisk liter veje kvadratmeter kasse

MaxiMat og de forenklede Fælles mål

KAPITEL 3. Spejling og figurer. Er det symmetrisk? Er det spejlet? Er der figurer i figurerne?

Spor Matematiske eksperimenter. Komplekse tal af Michael Agermose Jensen og Uwe Timm.

MAteMAtIk FoR LæReRStUDeReNDe

KUNST OG MATEMATIK. På Holstebro Kunstmuseum. Big Bang Odense den

Oversigt over Forenklede Fælles Mål i forbindelse med kapitlerne i MULTI. Problembehandling. Modellering

Gratisprogrammet 27. september 2011

Matematik med LEGO WeDo klasse. Lærervejledning Symmetri og drejning. Formål: Aktivitet

Lad os prøve GeoGebra.

Årsplan matematik 8. klasse

GeoGebra. Tegn følgende i Geogebra. Indsæt tegningen fra geogebra. 1. Indsæt punkterne: (2,3) (-2, 4) (-3, -4,5)

Årsplan 2017/2018 Matematik 8. kl. Kapitel 1: Regnehierarkiet

3. klasse 6. klasse 9. klasse

Basisblokke addition Programmet viser enere, 10-bunker, 100- bunker osv. Det kan bruges til at visualisere, hvordan man lægger tal sammen.

Evaluering af matematik undervisning

Gruppeteori. Michael Knudsen. 8. marts For at motivere indførelsen af gruppebegrebet begynder vi med et eksempel.

Trekanter. Frank Villa. 8. november 2012

2 Oversigt II. 2.1 Tessellationer. 2.2 En {3, 7} tessellation

bruge en formel-samling

Finde midtpunkt. Flisegulv. Lygtepæle

Matematik og Statistik. Rubiks terning. Symmetri. Gruppe G Maj 2014

Undervisningsplan: Matematik Skoleåret 2014/2015 Strib Skole: 5B Ugenumre: Hovedområder: Emner og temaer: Side 1 af 5

Punktgrupper. Klaus Thomsen

Matematisk induktion

Tesselering med polygoner

Steen Toft Jørgensen, Matematik 1, DTU Compute (2009-) ( : Helsingør Gymnasium)

fortsætte høj retning benævnelse afstand form kort

Pretty Little Crystals

Årsplan for matematik 4. klasse 14/15

Selam Friskole Fagplan for Matematik

Bjørn Grøn. Euklids konstruktion af femkanten

Programmering og geometri i scratch

MerKaBa Stjernetetraeder - Kristusbevidsthedens Netværk

Årsplan i matematik klasse

Matematik Delmål og slutmål

F-dag om geometri. Fremstilling og beskrivelse af stiliserede blade

Komplekse perler: Möbiustransformationer, hyperbolske mønstre og fraktaler

6 Geometri. Faglige mål. Areal og overflade. Cirkler og ellipser. Konstruktion

Lineær algebra: Lineære afbildninger. Standardmatricer

Andreas Nielsen Kalbyrisskolen 2009

EN SKOLE FOR LIVET. Uge Emne Mål Materialer/aktiviteter (4 uger) Tal på tal

************************************************************************

Matematik 2011/2012 Skovbo Efterskole Trigonometri. Trigonometri

Konstruktion. d: En cirkel med diameter 7,4 cm. e: En trekant med grundlinie på 9,6 cm og højde på 5,2 cm. (Der er mange muligheder)

Indholds- og årsplan matematik

Færdigheds- og vidensområder

Projekt 1.4 Tagrendeproblemet en instruktiv øvelse i modellering med IT.

EN SKOLE FOR LIVET ÅRSPLAN 19/20

Inge B. Larsen INFA december Ideer til programmet Mønster

Matematik. Trinmål 2. Nordvestskolen 2006 Forord. Trinmål 2 (4. 6. klasse)

Geometri i plan og rum

Løsningsforslag til Geometri klasse

Transkript:

Institut for matematiske fag Aalborg Universitet Nørresundby Gymnasium, 5.12.07

Indholdsoversigt 1. Indledning og lysbilleder 2. Polygoner, platoniske legemer og deres symmetri 3. Flytninger og symmetrigrupper 4. Arkitektur og symmetri: da Vincis sætning 5. Mønstre, ornamenter, M.C.Escher; krystaller 6. Symmetri som ordensprincip i videnskaberne

Platoniske legemer Regelmæssige polyedre (mangesider) 1. Tetraeder 2. Terning 3. Oktaeder 4. Ikosaeder 5. Pentagondodekaeder har stor grad af symmetri: Mange drejninger og spejlinger overfører legemet i sig selv!

Regelmæssige polygoner og deres symmetri Figur: Regelmæssig sekskant med 2 (ud af 6) symmetriakser Symmetrier: 1. Drejninger 2. Spejlinger og deres komposition (sammensætning). Symmetrioperationerne udgør polygonenes symmetrigruppe: diedergruppen D n.

Regelmæssige polygoner og deres symmetri Figur: Regelmæssig sekskant med 2 (ud af 6) symmetriakser Symmetrier: 1. Drejninger 2. Spejlinger og deres komposition (sammensætning). Symmetrioperationerne udgør polygonenes symmetrigruppe: diedergruppen D n.

Symmetrigruppen D 3 af en ligesidet trekant består af spejlinger S A, S B, S C, rotationer (drejninger) R 120, R 240 og identitet i. Den har følgende kompositionstavle: A S B C S C S A B i R 120 R 240 S A S B S C i i R 120 R 240 S A S B S C R 120 R 120 R 240 i S B S C S A R 240 R 240 i R 120 S C S A S B S A S A S C S B i R 240 R 120 S B S B S A S C R 120 i R 240 S C S C S B S A R 240 R 120 i (første flytning i første søjle, anden flytning i første række)

Det grundlæggende: Flytninger Drejninger og spejlinger er eksempler for flytninger: En afbildning f fra planen (eller rummet) ind i sig selv kaldes flytning, hvis og kun hvis den bevarer afstande: For alle punkter P, Q gælder: PQ = f (P)f (Q). Man kan vise, at en flytning 1. er vinkelbevarende, og 2. overfører en figur i en kongruent figur. Spørgsmål: Hvilke typer flytninger findes der i planen (rummet)?

Det grundlæggende: Flytninger Drejninger og spejlinger er eksempler for flytninger: En afbildning f fra planen (eller rummet) ind i sig selv kaldes flytning, hvis og kun hvis den bevarer afstande: For alle punkter P, Q gælder: PQ = f (P)f (Q). Man kan vise, at en flytning 1. er vinkelbevarende, og 2. overfører en figur i en kongruent figur. Spørgsmål: Hvilke typer flytninger findes der i planen (rummet)?

Det grundlæggende: Flytninger Drejninger og spejlinger er eksempler for flytninger: En afbildning f fra planen (eller rummet) ind i sig selv kaldes flytning, hvis og kun hvis den bevarer afstande: For alle punkter P, Q gælder: PQ = f (P)f (Q). Man kan vise, at en flytning 1. er vinkelbevarende, og 2. overfører en figur i en kongruent figur. Spørgsmål: Hvilke typer flytninger findes der i planen (rummet)?

Fire typer flytninger i planen C B A E D Fire slags flytninger udført på trekanten A: translation = paralleforskydning(b), rotation=drejning(c), spejling(d) og glidespejling(e) Web-illustration

Fire typer flytninger i planen C B A E D Fire slags flytninger udført på trekanten A: translation = paralleforskydning(b), rotation=drejning(c), spejling(d) og glidespejling(e) Web-illustration

Arkitektur: Leonardo da Vincis sætning Rosettegrupper Symmetrigruppen Sym(F ) af en figur eller et ornament F (rosettegruppen) består af alle flytninger som overfører F is sig selv. Enhver begrænset plan figur F har som symmetrigruppe Sym(F ) enten 1. en diedergruppe D n (drejninger og spejlinger) eller 2. en cyklisk gruppe C n (kun drejninger). Argument: Tyngdepunktet skal bevares! under hver symmetri! Derfor kan Sym(F ) kun indeholde drejninger og spejlinger hverken translationer eller glidespejlinger! Vælg akser (drejninger) med mindst mulig vinkel. Rosette mønstre Do it yourself!

Arkitektur: Leonardo da Vincis sætning Rosettegrupper Symmetrigruppen Sym(F ) af en figur eller et ornament F (rosettegruppen) består af alle flytninger som overfører F is sig selv. Enhver begrænset plan figur F har som symmetrigruppe Sym(F ) enten 1. en diedergruppe D n (drejninger og spejlinger) eller 2. en cyklisk gruppe C n (kun drejninger). Argument: Tyngdepunktet skal bevares! under hver symmetri! Derfor kan Sym(F ) kun indeholde drejninger og spejlinger hverken translationer eller glidespejlinger! Vælg akser (drejninger) med mindst mulig vinkel. Rosette mønstre Do it yourself!

Arkitektur: Leonardo da Vincis sætning Rosettegrupper Symmetrigruppen Sym(F ) af en figur eller et ornament F (rosettegruppen) består af alle flytninger som overfører F is sig selv. Enhver begrænset plan figur F har som symmetrigruppe Sym(F ) enten 1. en diedergruppe D n (drejninger og spejlinger) eller 2. en cyklisk gruppe C n (kun drejninger). Argument: Tyngdepunktet skal bevares! under hver symmetri! Derfor kan Sym(F ) kun indeholde drejninger og spejlinger hverken translationer eller glidespejlinger! Vælg akser (drejninger) med mindst mulig vinkel. Rosette mønstre Do it yourself!

Båndornamenter og frisegrupper 1 Translationer Eksempler: Friser, vaser, trøjer, musik! Et båndornament har en centerlinie c, som overføres i sig selv under alle ornamentets symmetrier. Ornamentets symmetrigruppe Sym(F ) indeholder translationer langs med centerlinien om en eller flere enheder i begge retninger. Hver af disse translationer kan karakteriseres ved et heltal hvor mange enheder til højre eller venstre? Translationerne danner en undergruppe T (F ) - som er isomorf (ligedannet) med heltalsgruppen (Z, +).

Båndornamenter og frisegrupper 1 Translationer Eksempler: Friser, vaser, trøjer, musik! Et båndornament har en centerlinie c, som overføres i sig selv under alle ornamentets symmetrier. Ornamentets symmetrigruppe Sym(F ) indeholder translationer langs med centerlinien om en eller flere enheder i begge retninger. Hver af disse translationer kan karakteriseres ved et heltal hvor mange enheder til højre eller venstre? Translationerne danner en undergruppe T (F ) - som er isomorf (ligedannet) med heltalsgruppen (Z, +).

Båndornamenter og frisegrupper 1 Translationer Eksempler: Friser, vaser, trøjer, musik! Et båndornament har en centerlinie c, som overføres i sig selv under alle ornamentets symmetrier. Ornamentets symmetrigruppe Sym(F ) indeholder translationer langs med centerlinien om en eller flere enheder i begge retninger. Hver af disse translationer kan karakteriseres ved et heltal hvor mange enheder til højre eller venstre? Translationerne danner en undergruppe T (F ) - som er isomorf (ligedannet) med heltalsgruppen (Z, +).

Båndornamenter og frisegrupper 2 Frisegruppen Frisegruppen Sym(F ) svarende til F består af alle ornamentets symmetrier. Den kan (udover translationerne) indeholde: 1. Spejlinger i centerlinien c; 2. Spejlinger i akser c; 3. Punktspejlinger i punkter på c, og/eller 4. Glidespejlinger (med c som akse). Der findes 7 væsentforskellige typer frisegrupper. Frisemønstre Do it yourself 1!

Båndornamenter og frisegrupper 2 Frisegruppen Frisegruppen Sym(F ) svarende til F består af alle ornamentets symmetrier. Den kan (udover translationerne) indeholde: 1. Spejlinger i centerlinien c; 2. Spejlinger i akser c; 3. Punktspejlinger i punkter på c, og/eller 4. Glidespejlinger (med c som akse). Der findes 7 væsentforskellige typer frisegrupper. Frisemønstre Do it yourself 1!

Båndornamenter og frisegrupper 2 Frisegruppen Frisegruppen Sym(F ) svarende til F består af alle ornamentets symmetrier. Den kan (udover translationerne) indeholde: 1. Spejlinger i centerlinien c; 2. Spejlinger i akser c; 3. Punktspejlinger i punkter på c, og/eller 4. Glidespejlinger (med c som akse). Der findes 7 væsentforskellige typer frisegrupper. Frisemønstre Do it yourself 1!

Plane ornamenter Eksempler: Tapeter, mauriske mønstre, M. C. Eschers tegninger Et (uendeligt) plant ornament F er karakteriseret ved, at der findes translationer i to forskellige (ikke-parallele) retninger, som overfører ornamentet i sig selv. En translation karakteriseres ved et par af heltal (hvor mange enheder i den første retning, hvor mange i den anden). Translationerne danner en undergruppe T (F ) Sym(F ), som er isomorf med gruppen af heltalspar (Z Z, +).

Plane ornamenter Eksempler: Tapeter, mauriske mønstre, M. C. Eschers tegninger Et (uendeligt) plant ornament F er karakteriseret ved, at der findes translationer i to forskellige (ikke-parallele) retninger, som overfører ornamentet i sig selv. En translation karakteriseres ved et par af heltal (hvor mange enheder i den første retning, hvor mange i den anden). Translationerne danner en undergruppe T (F ) Sym(F ), som er isomorf med gruppen af heltalspar (Z Z, +).

Plane ornamenter Eksempler: Tapeter, mauriske mønstre, M. C. Eschers tegninger Et (uendeligt) plant ornament F er karakteriseret ved, at der findes translationer i to forskellige (ikke-parallele) retninger, som overfører ornamentet i sig selv. En translation karakteriseres ved et par af heltal (hvor mange enheder i den første retning, hvor mange i den anden). Translationerne danner en undergruppe T (F ) Sym(F ), som er isomorf med gruppen af heltalspar (Z Z, +).

Tapetgrupper Ornamentgruppen eller tapetgruppen Sym(F ) indeholder alle ornamentets symmetrier. Udover parallelforskydningerne kan den indeholde 1. Drejninger med vinklen 0 o,60 o,90 o, 120 o, 180 o, 240 o, 270 o, 300 o (kun disse er mulige: den krystallografiske restriktion); 2. Spejlinger i akser parallel til forskydningsvektorer; 3. Glidespejlinger i akser parallel til forskydningsvektorer. Der findes 17 væsentforskellige typer ornamentgrupper (tapetgrupper). Do it yourself 1! Do it yourself 2!

Tapetgrupper Ornamentgruppen eller tapetgruppen Sym(F ) indeholder alle ornamentets symmetrier. Udover parallelforskydningerne kan den indeholde 1. Drejninger med vinklen 0 o,60 o,90 o, 120 o, 180 o, 240 o, 270 o, 300 o (kun disse er mulige: den krystallografiske restriktion); 2. Spejlinger i akser parallel til forskydningsvektorer; 3. Glidespejlinger i akser parallel til forskydningsvektorer. Der findes 17 væsentforskellige typer ornamentgrupper (tapetgrupper). Do it yourself 1! Do it yourself 2!

Analyse af et givet ornament F Ornamentet Sym(F ) Symmetrigruppen (17 typer) T (F ) Undergruppen af parallelforskydninger ( = Z Z) P 0 (F ) Punktgruppen ( = I, C 2, C 3, C 4, C 6, D 2, D 3, D 4, D 6 ) N(F ) Nettet (billeder af ét punkt under T (F )). Der er fem typer: parallelogram, rektangulær, centreret rektangulær, kvadratisk, hexagonal M(F ) Motiv: lukket delmængde af planen, således at Sym(F )(M(F)) overdækker planen og er minimal med denne egenskab

Krystallers symmetri Krystaller vokser rumligt regelmæssigt med udgangspunkt i deres molekylære struktur. Man kan vise rent matematisk, at der findes ialt 230 væsentforskellige symmetrigrupper (de såkaldte rumgrupper) for krystalline strukturer. Man bruger dem især ved røntgenanalyse af sådanne strukturer. En væsentlig begrænsning er igen den krystallografiske restriktion: De eneste mulige drejninger i et rumligt mønster har vinkler 0 o, 60 o,90 o, 120 o, 180 o, 240 o, 270 o, 300 o. Kemi og symmetri 1 Kemi og symmetri 2 Kemi og symmetri 3

Krystallers symmetri Krystaller vokser rumligt regelmæssigt med udgangspunkt i deres molekylære struktur. Man kan vise rent matematisk, at der findes ialt 230 væsentforskellige symmetrigrupper (de såkaldte rumgrupper) for krystalline strukturer. Man bruger dem især ved røntgenanalyse af sådanne strukturer. En væsentlig begrænsning er igen den krystallografiske restriktion: De eneste mulige drejninger i et rumligt mønster har vinkler 0 o, 60 o,90 o, 120 o, 180 o, 240 o, 270 o, 300 o. Kemi og symmetri 1 Kemi og symmetri 2 Kemi og symmetri 3

Krystallers symmetri Krystaller vokser rumligt regelmæssigt med udgangspunkt i deres molekylære struktur. Man kan vise rent matematisk, at der findes ialt 230 væsentforskellige symmetrigrupper (de såkaldte rumgrupper) for krystalline strukturer. Man bruger dem især ved røntgenanalyse af sådanne strukturer. En væsentlig begrænsning er igen den krystallografiske restriktion: De eneste mulige drejninger i et rumligt mønster har vinkler 0 o, 60 o,90 o, 120 o, 180 o, 240 o, 270 o, 300 o. Kemi og symmetri 1 Kemi og symmetri 2 Kemi og symmetri 3

Krystallers symmetri Krystaller vokser rumligt regelmæssigt med udgangspunkt i deres molekylære struktur. Man kan vise rent matematisk, at der findes ialt 230 væsentforskellige symmetrigrupper (de såkaldte rumgrupper) for krystalline strukturer. Man bruger dem især ved røntgenanalyse af sådanne strukturer. En væsentlig begrænsning er igen den krystallografiske restriktion: De eneste mulige drejninger i et rumligt mønster har vinkler 0 o, 60 o,90 o, 120 o, 180 o, 240 o, 270 o, 300 o. Kemi og symmetri 1 Kemi og symmetri 2 Kemi og symmetri 3

Symmetriargumenter i matematikundervisningen En funktion f : R R kaldes lige, hvis og kun hvis f ( x) =f (x), x R; ulige, hvis og kun hvis f ( x) = f (x), x R. Til f : R R associeres 1. f + f (x)+f ( x) (x) = 2 ; f + : R R er lige! 2. f f (x) f ( x) (x) = 2 ; f : R R er ulige! Åbenbart gælder: f (x) =f + (x)+f (x). Anvendelse: 1. Afvigelse fra symmetri ( lige ) kan måles: Er f lille i forhold til f? 2. M M M f (x)dx = 0 f (x)dx = f + (x)dx. M M M

Symmetriargumenter i matematikundervisningen En funktion f : R R kaldes lige, hvis og kun hvis f ( x) =f (x), x R; ulige, hvis og kun hvis f ( x) = f (x), x R. Til f : R R associeres 1. f + f (x)+f ( x) (x) = 2 ; f + : R R er lige! 2. f f (x) f ( x) (x) = 2 ; f : R R er ulige! Åbenbart gælder: f (x) =f + (x)+f (x). Anvendelse: 1. Afvigelse fra symmetri ( lige ) kan måles: Er f lille i forhold til f? 2. M M M f (x)dx = 0 f (x)dx = f + (x)dx. M M M