4D Würfel - PowerPoint PPT Presentation

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4D Würfel
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4D Würfel

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Presentation Transcript

  1. 4D Würfel Ein Wagnis in eine neue Welt

  2. 4D Würfel Darstellungsmöglichkeiten

  3. 4D Würfel Im Schrägriss

  4. Von der 0.Dimension bis zur 4.Dimension

  5. Vom 2-D ins 3-Dimensionale

  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

  9. Von verschiedenen Schrägrisswinkel aus

  10. 4D Würfel In der Zentralprojektion

  11. 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).

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

  13. Animation dazu

  14. Zentralprojektion bei stetiger Änderung des Beobachtungspunktes

  15. 4D Würfel In der isometrischen Darstellung

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

  17. 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.

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

  19. Isometrische Darstellung bis zu einem 5-D Würfel

  20. Isometrische Darstellung eines 3-D und 4-D Würfels

  21. Isometrische Darstellung eines 5-D und 6-D Würfels

  22. Isometrische Darstellung eines 7-D und 8-D Würfels

  23. Animation:Isometrische Darstellung eines 4-D Würfels

  24. 4D Würfel Im Koordinatensystem und als Hammingdistanz

  25. 3-D Würfel und die Koordinaten der Eckpunkte

  26. Hyperwürfel und die Koordinaten der Eckpunkte

  27. Die HAMMING-Distanz • Richard Wesley HAMMING (11. Februar 1915 - 7. Januar 1998) arbeitete 1945 in Los Alamos am Projekt zur Herstellung der Atombombe. • Problem von gestörter Übermittlung einer aus Nullen und Einsen codierten Nachricht.

  28. 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.

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

  30. HAMMING-Distanz =„Quersumme“ der Koordinaten

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

  32. Berechnung für Hammag-Distanz in 4D

  33. Zeichnen selber

  34. Hammingdistanz gezeichnet bei Dimension 5 und 6

  35. Hammingdistanz gezeichnet bei Dimension 7 und 8

  36. 4D Würfel Gibt es Rekursionformeln für Bauteile?

  37. 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.

  38. 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.

  39. Das Pascal‘sche Dreieck

  40. (Binomialkoeffizientenmatrix)²=Hyperwürfelmatrix (der Anzahl Bauteile)

  41. Hypertorus

  42. 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.

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

  44. http://www.uni-math.gwdg.de/bgr/wuerfel.php • http://www.superliminal.com/cube/applet.html • http://harmen.vanderwal.eu/hypercube/