Ein Wagnis in eine neue Welt

Präsentation zum Thema: "Ein Wagnis in eine neue Welt"—  Präsentation transkript:

1 Ein Wagnis in eine neue Welt
4D Würfel Ein Wagnis in eine neue Welt

2 Darstellungsmöglichkeiten
4D Würfel Darstellungsmöglichkeiten

3 4D Würfel Im Schrägriss

4 Von der 0.Dimension bis zur 4.Dimension

5 Vom 2-D ins 3-Dimensionale
Verschiebt man ein Quadrat parallel im Raum und verbindet entsprechende Ecken, so entsteht das Schrägbild eines Würfels.

6 Vom 3-D ins 4-Dimensionale
Verschiebt man einen Würfel parallel im Raum und verbindet entsprechende Ecken, so entsteht das Schrägbild eines Hyperkubus.

7 Netz eines 3-D Würfels Netz eines 4-D Würfels

8 Salvador Dali: Corpus Hypercubus, 1954. Metropolitan Museum of Art

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10 Von verschiedenen Schrägrisswinkel aus

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12 In der Zentralprojektion
4D Würfel In der Zentralprojektion

13 Zentralprojektion eines 3-D Würfels
Von den sechs Quadraten eines Würfels erscheinen vier als Trapeze, die zwischen der vorderen Quadratfläche und hinteren Quadratfläche liegen (bedingt durch die Perspektive).

14 Zentralprojektion eines Hyperwürfels
Von den 8 Würfeln erscheinen 6 als Pyramidenstümpfe,  die zwischen einem kleinen und einem großen Würfel liegen.

15 Animation dazu

16 Zentralprojektion bei stetiger Änderung des Beobachtungspunktes

17 In der isometrischen Darstellung
4D Würfel In der isometrischen Darstellung

18 Isometrische Darstellung des 3D-Würfels
Bei einer isometrischen Darstellung werden die drei Koordinatenrichtungen gleichmäßig verkürzt. Der Umriss eines Würfels erscheint als regelmäßiges Sechseck.

19 Gibt es eine isometrische dreidimensionale Figur des vierdimensionalen Würfels? Eine
Möglichkeit ist das Rhombendodekaeder. Das Rhombendodekaeder entsteht durch Aufsetzen von Pyramiden mit Neigungswinkel 45° auf alle Seitenflächen. Wenn wir nun die ehemaligen Würfelecken mit dem Mittelpunkt verbinden, erhalten wir ein isometrisches Bild des vierdimensionalen Hyperwürfels.

20 Isometrische Darstellung des 4D-Würfels über Pyramiden beim 3D-Würfel

21 Isometrische Darstellung bis zu einem 5-D Würfel

22 Isometrische Darstellung eines 3-D und 4-D Würfels

23 Isometrische Darstellung eines 5-D und 6-D Würfels

24 Isometrische Darstellung eines 7-D und 8-D Würfels

25 Animation: Isometrische Darstellung eines 4-D Würfels

26 Im Koordinatensystem und als Hammingdistanz
4D Würfel Im Koordinatensystem und als Hammingdistanz

27 3-D Würfel und die Koordinaten der Eckpunkte

28 Hyperwürfel und die Koordinaten der Eckpunkte

29 Die HAMMING-Distanz Richard Wesley HAMMING (11. Februar Januar 1998) arbeitete 1945 in Los Alamos am Projekt zur Herstellung der Atombombe. Problem von gestörter Übermittlung einer aus Nullen und Einsen codierten Nachricht.

30 Sicherheit beim Übertragen
Statt einer Null senden wir eine Dreiergruppe von Nullen, entsprechend statt einer Eins eine Dreiergruppe von Einsen. Wenn mindestens zwei der drei Elemente Null sind, wird die Dreiergruppe als Null interpretiert, ansonsten als Eins.

31 Wahrscheinlichkeitsberechnung
Eine Dreiergruppe wird daher mit der Wahrscheinlichkeit p3 + 3p2 (1− p) richtig interpretiert.

32 HAMMING-Distanz =„Quersumme“ der Koordinaten

33 Das Koordinatentripel der Ecken des Einheitswürfels werden als Dualzahlen gedeutet.

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35 Berechnung für Hammag-Distanz in 4D

36 Zeichnen selber

37 Hammingdistanz gezeichnet bei Dimension 5 und 6

38 Hammingdistanz gezeichnet bei Dimension 7 und 8

39 Gibt es Rekursionformeln für Bauteile?
4D Würfel Gibt es Rekursionformeln für Bauteile?

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41 In der Tabelle lässt sich ein Rekursionsmuster erkennen: Jede Zahl ist die Summe des Zweifachen der Zahl unmittelbar oberhalb plus der Zahl unmittelbar links oben. Lediglich die oberste Eins tanzt aus der Reihe. Aber eben: Am Anfang war der Punkt. Die Richtigkeit dieser Rekursion lässt sich so einsehen: Die sechs Seitenquadrate des Würfels beispielsweise entstehen durch das ursprüngliche Frontquadrat sowie die nach hinten verschobene Kopie. Weiter hinterlassen die vier Seiten des Frontquadrates beim Verschieben je eine Spur, welche das Boden- und Deckquadrat sowie die beiden Seitenquadrate links und rechts ergeben.

42 Die Zeilensummen unserer Tabelle ergeben die Potenzen zur Basis drei
Die Zeilensummen unserer Tabelle ergeben die Potenzen zur Basis drei. Dies ist eine Folge davon, dass jede Zahl in einer bestimmten Zeile genau dreimal als Summand in der nächsten Zeile vorkommen. So findet sich beispielsweise die Eckenzahl 16 des vierdimensionalen Hyperwürfels zweimal in der Eckenzahl 32 des fünfdimensionalen Hyperwürfels und einmal in seiner Seitenzahl 80. Die alternierenden Zeilensummen ergeben immer 1. Dies ist die EULERsche Polyederformel. In der üblichen Schreibweise der EULERschen Polyederformel wird die Gesamtfigur selber nicht mitgezählt, es ergibt sich dann bei den ungeraden Dimensionen 2 und bei den geraden Dimensionen 0. Das alternierende Mitzählen der Gesamtfigur ergibt eine Formulierung ohne Fallunterscheidung hinsichtlich der Parität der Dimension.

43 Das Pascal‘sche Dreieck

44 (Binomialkoeffizientenmatrix)²=Hyperwürfelmatrix (der Anzahl Bauteile)

45 Hypertorus

46 Versetzte Dich in die Welt von Bewohnern einer 2-D Welt
„Dies ist ein und dasselbe Gebilde „,sage ich. Die Bewohner schütteln verständnislos den Kopf.

47 Ein Zylinder 2-D Bewohner können nur Grundriss oder Aufriss getrennt voneinander sehen.

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