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

Relaterede dokumenter
Symmetri og matematik i natur og forståelse

Seminariernes Matematiklærerforening: Matematisk krystallografi Quasi-krystaller - aperiodiske fladeudfyldninger

Symmetri i natur, kunst og matematik

Symmetri i natur, kunst og matematik

Symmetri i natur, kunst og matematik

Symmetri i natur, kunst og matematik

1 F Flytningsgeometri F Flytningsgeometri

F I N N H. K R I S T I A N S E N DET GYLDNE SNIT TES REGNING MED REGNEARK KUGLE SIMULATIONER G Y L D E N D A L LANDMÅLING

Geometriske konstruktioner: Ovaler og det gyldne snit

1 Oversigt I. 1.1 Poincaré modellen

Affine transformationer/afbildninger

Lineær algebra: Egenværdier, egenvektorer, diagonalisering

Papirfoldning. en matematisk undersøgelse til brug i din undervisning.

Matematiklærerdag 2008

Primtal - hvor mange, hvordan og hvorfor?

Naturvidenskab. En fællesbetegnelse for videnskaberne om naturen, dvs. astronomi, fysik, kemi, biologi, naturgeografi, biofysik, meteorologi, osv

Trekanter. Frank Villa. 8. november 2012

Matematik Færdigheds- og vidensmål (Geometri og måling )

Invarianter og kombinatoriske beviser

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

Figurer med ligesidede trekanter deltaedere

Undersøgelser af trekanter

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

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

Matematik i stort format Udematematik med åbne sanser

8 Regulære flader i R 3

Kædebrøker. b 0 f.eks. 3 b 0 + a 1. f.eks b 1 7. a 1. b 1 + a f.eks f.eks. 3 + b 1 + a Notation: a 2 b 2 + an.

Flytninger og mønstre

T.N. Thiele Centret for Anvendt Matematik. Naturvidenskaberne

Årets overordnede mål inddelt i kategorier

Retningslinjer for bedømmelsen. Georg Mohr-Konkurrencen runde

Faglig årsplan Skolerne i Oure Sport & Performance. Emne Tema Materialer. Læringsmål Faglige aktiviteter. Evaluering.

Eksempel på den aksiomatisk deduktive metode

Årsplan for Matematik hold 1. (0. og 1. klasse) Skoleåret 2017/2018

Programmering og geometri i scratch

Fagårsplan 12/13 Fag: Matematik Klasse: 6.a Lærer: LBJ Fagområde/ emne

Knuder, lænker og fletninger.

Krystallografi er den eksperimentelle videnskab der anvendes til bestemmelse af atomernes positioner I faste stoffer.

Første konstruktion af Cantor mængden

Decimaltal, brøker og procent Negative tal Potens, rødder og pi Reelle og irrationale tal

Årsplan. Der tages udgangspunkt i forenklede fælles ma l fra UVM for matematik pa 7-9. Klasse.

Symmetrien i krystaller

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

Om begrebet relation

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

Tip til 1. runde af Georg Mohr-Konkurrencen. Geometri. Georg Mohr-Konkurrencen

Punktgrupper. Klaus Thomsen

Kompetencetræning #2 også til prøven. 31. Januar 2019

Matematik interne delprøve 09 Tesselering

Undervisningsbeskrivelse

Årsplan 2015/2016. Uge Tal - Eleven har viden om regningsarternes hierarki. Mundtlig evaluering Skriftlige prøver Kan kan næsten cirkel

Gratisprogrammet 27. september 2011

Flytninger og mønstre

Bevægelsens Geometri

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

Undervisningsbeskrivelse

Korncirkler og matematik

Faglig fordybelse fra sansning til tænkning

Pythagoras Ensvinklede trekanter Trigonometri. Helle Fjord Morten Graae Kim Lorentzen Kristine Møller-Nielsen

MONA Matematik- og Naturfagsdidaktik tidsskrift for undervisere, forskere og formidlere

En sumformel eller to - om interferens

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

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

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

science sci ence SCIENCE.AU.DK ELEMENTER 2009 INTRODUKTION

Projekt 6.7. Beviser for Pythagoras sætning - og konstruktion af animationer

5. Betingelsen for at to skalaer har samme indfoldede orden et spørgsmål om Farey-brøker

På opdagelse i GeoGebra

Årsplan matematik 8. klasse

Matematik 1 Semesteruge 5 6 (30. september oktober 2002) side 1. Komplekse tal Arbejdsplan

Trekanthøjder Figurer

Studieplan. Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser. Oversigt over gennemførte undervisningsforløb. Termin Aug 10- jun 11

Fibonacci følgen og Det gyldne snit

FFM Matematik pop-up eftermiddag. CFU, UCC 11. Maj 2015

Affine rum. a 1 u 1 + a 2 u 2 + a 3 u 3 = a 1 u 1 + (1 a 1 )( u 2 + a 3. + a 3. u 3 ) 1 a 1. Da a 2

Skriftlig Eksamen Algoritmer og Datastrukturer (dads)

Tip til 1. runde af Georg Mohr-Konkurrencen Geometri

Matematik for lærerstuderende klasse Geometri

Indledning Om store og små bogstaver i fakulteternes navne... 22

Geometriske eksperimenter

Det Gyldne Snit og Feng Shui

Symmetri. - i tapetmønstre

MaxiMat og de forenklede Fælles mål

MA TEMA TIK 1 LA, GAMMEL T PENSUM

Ens eller forskellig?

Matematik og dam. hvordan matematik kan give overraskende resultater om et velkendt spil. Jonas Lindstrøm Jensen

Tegn firkanter med en diagonal på 10 cm

Matematikken i antikken

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

Færdigheds- og vidensområder

Facitliste til elevbog

LÆRINGSMÅL PÅ NIF MATEMATIK

geometri trin 2 brikkerne til regning & matematik preben bernitt

vibeka andersen john stephansen

Niels Johnsen Problembehandlingskompetencen

Finde midtpunkt. Flisegulv. Lygtepæle

Matematik. Jonas Albrekt Karmann (JK) og Shiva Qvistgaard Sharifi (SQ) Mål for undervisningen:

Årsplan for matematik i 7.kl. på Herborg Friskole

Komplekse perler: Möbiustransformationer, hyperbolske mønstre og fraktaler

Lineær algebra: Lineære afbildninger. Standardmatricer

Transkript:

Offentlige foredrag i naturvidenskab nat.au.dk/foredrag Det Naturvidenskabelige Fakultet, Aarhus Universitet Folkeuniversitetet i Århus Symmetrier og mønstre

Symmetrier og Mønstre Symmetri, molekylær gastronomi og livets kemi, Karl Anker Jørgensen, Kemi Symmetri og netværk i biologiens verden, Jens Mogens Olesen, Biologi Symmetri, partikelfysik og kosmologi, Jeffrey S,. Hangst, Fysik Symmetri og matematik i natur og forståelse, Johan P. Hansen, Matematik og Søren Ryge, Danmarks Radio Krystalsymmetri og et røntgenblik på livets molekyler, Poul Nissen, Molekylærbiologi

Johan P. Hansen Symmetri og matematik Ph.D. fra Brown University, RI, USA og cand. scient. fra Aarhus universitet Institutleder ved Institut for Matematiske Fag, Det Naturvidenskabelige Fakultet, Aarhus Universitet Forskningsområde: Algebraisk geometri og anvendelser i Kodningsteori, Kryptografi Lærebogsforfatter

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller M. C. Escher (1898-1972) lavede 137 tegninger med regulær opdeling af planen. www.mcescher.com

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Historie M.C. Escher blev facineret af den regulære opdeling af planen, da han første gang i 1922 besøgte Alhambra

Symmetri og matematik Historie Alhambra - et slot bygget af Maurerne i Granada i Spanien i det 14. århundrede M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller

Symmetri og matematik M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Definition En symmetri af et objekt er en afbildning, der fører objektet i sig selv - objektet er invariant Eksempel En ligesidet 3-kant har 6 symmetrier 3 spejlinger: s 1, s 2, s 3 2 rotationer: r, r r identiteten: e s 3 s 2 r s 1

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Komposition Symmetrier kan sættes sammen - først anvendes den ene, derpå den næste. Skrives f g. Symmetrigruppe Alle symmetrierne under et (med den beskrevne komposition) kaldes symmetrigruppen og skrives (G, ). I eksemplet med den ligesidede 3-kant er G = {e, r, r 2 = r r, s 1, s 2, s 3 } og kompositionstabellen er: e r r 2 s 1 s 2 s 3 e e r r 2 s 1 s 2 s 3 r r r 2 e s 2 s 3 s 1 r 2 e r r s 3 s 1 s 2 s 1 s 1 s 3 s 2 e r 2 r s 2 s 2 s 1 s 3 r e r 2 s 3 s 3 s 2 s 1 r 2 r e

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Symmetrigruppen for en terning En terning har 24 rotations symmetrier 8 rotationer om diagonalerne - 2 om hver af de 4 diagonaler 9 rotationer omkring akser gennem modstående sider - 3 om hver af de 3 akser 6 rotationer omkring akser gennem modstående kanter -1 om hver af de 6 akser identiteten samt 24 spejlingssymmetrier. Symmetrigruppen for en terning har altså 48 elementer.

Symmetri og matematik Symmetri-gruppen for en Escher tegning 3-folds rotationssymmetrier translationer langs gitteret symmetri-gruppe. M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Opsummering Til ethvert objekt knytter vi dets symmetri-gruppe, nemlig alle de afbildninger, der holder objektet invariant Objekt Symmetri-gruppe (Felix Klein) s3 s1 r s2 gruppe med 6 elementer gruppe med 48 elementer gruppe med et translations gitter Rotationer af gitre Hvilke rotationer af plane eller rumlige translations gitre er mulige?

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Theorem (Det krystallografiske kriterium) En rotation af et plant eller rumligt gitter har orden 1, 2, 3, 4 eller 6 - altså er en rotation på 1, 1 2, 1 3, 1 4 eller 1 6 omgang.

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Bevis opstart 1.del Lad v være en korteste translation af gitteret. Lad f være en rotation gennem 2π N omkring et punkt (en akse). N 6 Vektoren f (v) v er en translation af gitteret. Den kan ikke kan være kortere end v, hvorfor og dermed er N 6. 2π N 2π 6 f(v) f(v) v 2π 6 2π N v

2π 5 = 72 v Symmetri og matematik M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Bevis opstart 2. del Lad v være en korteste translation af gitteret. Lad f være en rotation gennem 2π 5 omkring et punkt (en akse). N 5 Vektoren v + f 2 (v) er en translation af gitteret, der er kortere end v, hvorfor vi har en modstrid. f 2 (v)+v f(v) f 2 (v)

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Klassifikation Alle uendelige grupper af afbildninger af planen (eller rummet) med et translationsgitter: Der er 17 grupper i det plane tilfælde Der er 230 grupper i det rumlige tilfælde (1891) - Fedorov og Schoenflies Beviset beror i høj grad på det krystalliske kriterium.

M. C. Escher og Alhambra Symmetrigrupper Det krystallografiske kriterium Klassifikation af plane og rumlige grupper - krystaller Definition Matematisk krystallografi indtil 1984 i slutningen af det 18. århundrede etableredes opfattelse af krystaller som gitre med translationssymmetri - et paradigme var skabt Matematik: I naturen er der højst 230 forskellige krystalformer - rotationer af krystaller har orden 1, 2, 3, 4 eller 6 siden 1912 er krystaller studeret ved røntgen-, elektron- og neutrondiffraktionsmønstre

1984 - krystalparadigmet smuldrer Aperiodiske fliselægninger - Penrose Artikel 1984 Shechtman, Blech, Gratias, Cahn: Metallic phase with long-range orientational order and no translation symmetry Røntgenbillede med ulovlig 10-folds rotation - overskrifts videnskab En legering af aluminium og mangesium dannet ved hurtig afkøling

1984 - krystalparadigmet smuldrer Aperiodiske fliselægninger - Penrose Paradigmet om krystallers struktur falder Det krystallografiske kriterium: 1-, 2-, 3-, 4- og 6-folds rotationer er de eneste lovlige symmetrier af rumgitre Paradigmet: Gitteret er den geometriske grundstruktur for et krystal er for snævert

1984 - krystalparadigmet smuldrer Aperiodiske fliselægninger - Penrose Roger Penrose Konstruerede ved hjælp af 2 sæt rhomber en udfyldning af planen uden translationssymmetri. Aperiodiske fliselægning

1984 - krystalparadigmet smuldrer Aperiodiske fliselægninger - Penrose Rhomberne Rhomberne har samme sidelængde, de røde rhomber har vinklerne 36 og 144 og de blå vinklerne 72 og 108 Statistisk rotationssymmetri hver rød rhombe forekommer i netop 10 forskellige orienteringer (ligesom hver af de blå) hver at de 10 orienteringer forekommer lige hyppigt frekvensen er altså invariant under 10-folds rotation forholdet mellem antal røde og antal blå rhomber er det gyldne forhold Φ= 1+ 5 2 = 1.618...

1984 - krystalparadigmet smuldrer Aperiodiske fliselægninger - Penrose Diffraktion Optiske mønstre fås ved at gennemlyse en plade med huller - analogt til Røntgenbilleder Røntgenbillede af fliselægning Placeres hullerne i hjørnerne af Penrose eksemplet fås et billede (som ved Røntgenbilledet af et quasi-krystal til højre) med 10-folds rotationssymmetri.

1984 - krystalparadigmet smuldrer Aperiodiske fliselægninger - Penrose Quasiart Vibeka Andersen John Stephensen www.quasiart.dk Egå Gymnasium - The Wall - Skulptur

Symmetri og matematik Bladstilling, vækst og form i biologi Observation En matematisk model En matematisk beskrivelse Blomkål

Observation En matematisk model En matematisk beskrivelse Generativ spiral Hofmeister (1868) hypotese: Vælg position, hvor der er bedst plads 1 et punkt på hver cirkel 2 ens divergensvinkel d mellem succesive punkter 3 ens forhold mellem succesive radier Model

Observation En matematisk model En matematisk beskrivelse Parastichities I spiralgitre synes øjet åbenbart at forbinde nærmest naboer til spiraler - de såkaldte parastichies Vi ser 8 røde parastichities og 13 grå Model

Observation En matematisk model En matematisk beskrivelse Fibonacci tal Tallene 8 og 13 indgår i Fibonacci følgen: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21,... Et tal er summen af de 2 foregående. Det gyldne forhold Hvis F n+1 F n F n+1 = F n + F n 1 F n+1 F n = 1 + F n 1 F n x, så vil x = 1 + 1 x x 2 x 1 = 0 x = 1 + 5 2 =Φ= 1, 618... d = 360 360 Φ = 137, 50

Matematik er en smuk videnskab Observation En matematisk model En matematisk beskrivelse Einstein Hvad skyldes det, at matematik, der trods alt er tankevirksomhed løsrevet fra erfaring, er så beundringsværdigt tilpasset virkelighedens genstande?. En rose