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``Schnitt und Projektion'' für Tilings

In [Baa90] und [Kra91] wird eine cut and project-Methode zur Erzeugung nichtperiodischer Tilings verwendet, die sich nicht nur auf Vertizes, sondern auch auf die Tiles und ihre verschiedendimensionalen Begrenzungen bezieht. Um die Verwendung des Triakontaeders als Fenster für die ikosaedrischen Tilings zu begründen, liefere ich hier eine knappe Beschreibung:
Man beginnt mit einem kubischen Gitter tex2html_wrap_inline6859. Die Voronoizelle (auch: ``Wigner-Seitz-Zelle'') tex2html_wrap_inline6861 zum Gitterpunkt q ist die Menge aller Punkte, deren Abstand von q kleiner oder gleich dem Abstand von irgendeinem anderen Gitterpunkt ist. Bei einem primitiv-kubischen Gitter ist die Voronoizelle ein 2d-dimensionaler Hyperkubus, und die p-Begrenzungen sind jeweils p-dimensionale Hyperkuben, also Punkte, Strecken, Quadrate, Würfel bzw. Hyperkuben. Bei anderen Gittern sind die Formen komplizierter. Die Voronoizellen zu benachbarten Gitterpunkten haben gemeinsame Begrenzungen.
Zu jeder Begrenzung einer Voronoizelle ist ein duales Objekt definiert: Seien tex2html_wrap_inline6873 Gitterpunkte, deren Voronoizellen eine gemeinsame p-Begrenzung P haben, so ist das zu P duale Objekt tex2html_wrap_inline5247 definiert als die konvexe Hülle dieser Gitterpunkte. P und tex2html_wrap_inline5247 schneiden sich in genau einem Punkt, und die Summe ihrer Dimensionen ergibt 2d. Die dualen Objekte zu den Ecken der Voronoizellen heißen Delonezellen. Jedes Gitter definiert also einen Komplex von Voronoizellen und einen Komplex von dazu dualen Delonezellen.
Jetzt wenden wir die bekannte cut-and-project-Methode im Bild der atomaren Hyperflächen an. Im besonderen Fall der ikosaedrischen Tilings mit d=3 betrachten wir den Schnittraum tex2html_wrap_inline4887 (siehe Abschnitt 2). Verläuft der Schnitt durch eine 6-, 5-, 4- oder 3-dimensionale Voronoibegrenzung (``Hyperfläche''), so wird die dazu duale Begrenzung projiziert. Als Bilder unter der Projektion ergeben sich die Tiles, ihre Flächen, Kanten und Vertizes. Das Triakontaeder als Projektion des sechsdimensionalen Hyperwürfels nach tex2html_wrap_inline4889 codiert deshalb die Vertizes, also die nulldimensionalen Begrenzungen des Rhomboedertilings. Die Rollen von Voronoi- und Delonezellen können bei der Konstruktion auch vertauscht werden, um ein anderes Tiling zu erhalten.


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