6 = berechnen (3 aus 6 färben).

Ähnliche Dokumente
Technische Universität München Zentrum Mathematik Propädeutikum Diskrete Mathematik. Weihnachtsblatt

Vorlesung Diskrete Strukturen Graphen: Wieviele Bäume?

Diskrete Mathematik. Hamiltonsche Graphen Teil I. Karina Arndt

Wir zeigen, dass zu einem gegebenen Dreieck alle Delta-Kurven denselben Umfang haben.

Vorlesung Diskrete Strukturen Graphen: Wieviele Bäume?

Aufgaben zu Symmetrieoperationen

1.5 Kongruenz und Ähnlichkeit

Symmetrische Figuren. 1 Welche Figuren sind symmetrisch? Überprüfe. 2 Suche symmetrische Gegenstände im Klassenzimmer. AOL-Verlag

VORSCHAU. zur Vollversion. Inhaltsverzeichnis. Grundwissen Geometrische Abbildungen

Symmetrien an Zahlenfeldern: Die Hälfte färben Eigene Notizen zum Unterricht

37 II.1. Abbildungen

Themen: Geometrie (Kongruenzabbildungen, Winkelsätze, Flächenberechnungen)

b) richtig, da und c) falsch, da d) Westermann Seite 52 Aufgabe 4

Das Problem des Handlungsreisenden

Lösung zur Aufgabe Würfel färben von Heft 20

Das Modellieren von 2D- und 3D-Objekten

Wiederholungsblatt zur Gruppentheorie

2.6. Aufgaben zu Kongruenzabbildungen

Landeswettbewerb Mathematik

Kantengraphen und Planare Graphen. Seminararbeit

Tag der Mathematik 2006 in Karlsruhe

Chromatosaurier Lösungen

Darstellung der Berechnungsproblematik der neuen PTVS 1 anhand des Beispiels vollständig erfüllt bei 3 von 4 Bewohnern

Anleitung für den Desigo Würfel

Hans Walser, [ ], [ ], [ b] Zerlegungsgleichheit

Die Punktespiegelung 1

Westfählische Wilhelms-Universität. Eulersche Graphen. Autor: Jan-Hendrik Hoffeld

Ausleuchtung/Überwachung von polygonalen Flächen

Multiplikation von Matrizen

s 1 Wir wählen den Punkt A 0 auf s 0 und ergänzen zum Parallelogramm A 0 B 2 A 1 S gemäß Abbildung 2. Abb. 1: Schwerlinien vorgegeben

Tutorium: Diskrete Mathematik

Teilgebiete der Abbildungsgeometrie

Tutorium: Diskrete Mathematik

Aufgabe 5: Gebiete, geometrische Körper

Heinrich-Hertz-Oberschule, Berlin. Immanuel-Kant-Oberschule, Berlin

Funktionale Abhängigkeiten am Dreieck

Invarianten in der Mathematik

1 Goldener Schnitt Pascalsches Dreieck Der Binomische Lehrsatz ( ) ß mit a multipliziert. ( a+ b) 4 = a 3 +3a 2 b+3ab 2 + b 3

Kurs zur Ergänzungsprüfung Darstellende Geometrie CAD. Ebenes Zeichnen (2D-CAD) und die ersten Befehle

Symmetrien an Zahlenfeldern: Die Hälfte färben Eigene Notizen zum Unterricht

Symmetrien erzeugen Muster und Zerlegungen Stephan Rosebrock

a) Wie hoch ist die Leiter? b) Wie weit stehen die beiden Fußpunkte auseinander? Abbildung 1: Eine Stehleiter

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Zentrum Mathematik

KARL-FRANZENS-UNIVERSITÄT GRAZ. Seminar aus Reiner Mathematik. Die Museumswächter. Krupic Mustafa Wintersemester 2013/14

Mathematik VERA-8 in Bayern Korrekturanweisungen für Testheft C: Gymnasium

01145 Maß- und Integrationstheorie

Liegt eine Kante k auf einem Zyklus Z, so liegt k auf dem Rand genau zweier

Umkehrfunktionen 1-E. Ma 1 Lubov Vassilevskaya

1 Worum es geht Wir konstruieren den Eckenschwerpunkt eines Vieleckes nach den Hebelgesetzen. Die Frage ist, auf wie viele Arten dies möglich ist.

Symmetrien und Pflasterungen. Alessandra Sarti Universität Mainz

ALGEBRA Der Lösungsweg muss klar ersichtlich sein Schreiben Sie Ihre Lösungswege direkt auf diese Aufgabenblätter

Tag der Mathematik Trainingslager Themenkomplex 1: Geschickt Gleichungen aufstellen

Knobeleien, Kopfnüsse, Logikrätsel und Basteleien 35. Lösungen der Knobeleien in Mathe mit dem Känguru 2016 für die Klassenstufen 3 bis 8

Übungen zu Splines Lösungen zu Übung 20

Produkte bewerten Klasse - Forscherauftrag Muster im Kreis und Sternfiguren Hinweise

6. Homotopie. 6. Homotopie 51

3.1 Gruppen, Untergruppen und Gruppen-Homomorphismen

ZAHLENMAUERN UND ZAHLENDREIECKE. Korrekturen, Verbesserungsvorschläge und Anregungen bitte an herrmann bei mathematik.tu-darmstadt.

ZAHLEN-MAUERN UND -DREIECKE DURCH VERGLEICHEN UND PROBIEREN

Archimedische Spiralen

3. Musterlösung. Problem 1: Boruvka MST

Algorithmische Graphentheorie

6.5 Konstruktion und Zufallserzeugung von Repräsentanten

Flächeninhalt, Volumen und Integral

a) b) Abb. 1: Der kürzeste Weg ist ein Tunnel

Diskrete Strukturen. Hausaufgabe 1 (5 Punkte) Hausaufgabe 2 (5 Punkte) Wintersemester 2007/08 Lösungsblatt Januar 2008

Landeswettbewerb Mathematik Baden-Württemberg. Runde 1

Technische Universität München Zentrum Mathematik

St.Gallische Kantonsschulen Aufnahmeprüfung 2011 Gymnasium. Kandidatennummer: Geburtsdatum: Note: Aufgabe Punkte

Cubic RAW Dotti / Petra Berndorff Seite 1

Vorlesung Diskrete Strukturen Eulersche und Hamiltonsche Graphen

St.Gallische Kantonsschulen Aufnahmeprüfung 2011 Gymnasium. Korrekturanleitung. Kandidatennummer: Summe: Geburtsdatum: Note:

Polyedrische Approximation von Körpern mit Cabri 3D

Technische Universität München Zentrum Mathematik. Übungsblatt 12

Weißes Licht wird farbig

Algebra I. Also sind die vier angebenen Gruppen paarweise nicht isomorph.

Vorkurs Mathematik. Ein Übungsbuch für Fachhochschulen. Bearbeitet von Michael Knorrenschild

Einführung in SolidWorks für die Studenten der. Teil 4 Zusatz

Darstellende Geometrie Übungen. Tutorial 09. CAD 2 - Archimedische Körper

} Symmetrieachse von A und B.

Nachstehend findest du 9 Bilder. Du sollst feststellen, ob sie achsensymmetrisch sind oder nicht (wenn ja, bestimme die Symmetrieachse).

Darstellende Geometrie Übungen. Tutorial 09. Übungsblatt: CAD 02 - Würfelfraktal

Datenstrukturen und Algorithmen (SS 2013)

8. Algorithmus der Woche Topologisches Sortieren Mit welcher Aufgabe meiner ToDo-Liste fange ich an?

9. ANALYTISCHE GEOMETRIE MIT EBENEN

Gruppen, Graphen, Symmetrie Was sind negativ gekrümmte Gruppen?

Datenstrukturen und Algorithmen (SS 2013)

Bezeichnung: F F Jede Kongruenzabbildung lässt sich durch Hintereinander Ausführen von höchstens drei Geradenspiegelungen darstellen

Altersgruppe Klasse 5

Tutorium: Diskrete Mathematik

Das Grafikfenster ist dein Zeichenfeld. In das Eingabefenster kannst du mathematische Ausdrücke eingeben, zb die Koordinaten eines Punktes.

Der Polyasche Abzählsatz und Färbungen regulärer Polyeder

2. Hausübung Diskrete Mathematik SS 2003

(Beispiel eines gleichschenkligen Dreiecks aus Gitterpunkten.)

Prüfungsklausur Operations Research,

1. a) Vereinfache den Term so weit wie möglich. 4a a 6 a 3 3. b) Vereinfache den Term so weit wie möglich. (3a)2 + 16a 2 : 15.

Die Determinante eines Friesmuster

Die Zauberwürfel-Werkstatt Baustein: Cuboids (Rubiks Floppy 3x3x1)

Grundwissen. 7. Jahrgangsstufe. Mathematik

Transkript:

Problemfeld Triaden, Sachanalyse Seite 1 von 6 Zu Problem 1 und 2: Die möglichen 20 Farbmuster mit Spiegelachsen und Farbumkehr systematische Zusammenstellung Farben vertauscht in der Sortierung von Konstantin. Abb.1 Anmerkung: Man kann die Anzahl auch durch 6 = 3 20 berechnen (3 aus 6 färben). Übergänge zwischen den Mustern: Die eckige Runddrehung A (Begriffsvorschlag aus der Gruppe) besteht aus drei Einzelschritten und transformiert ein Farbmuster in ein anderes: Abb. 2 A ist natürlich umkehrbar. Die Umkehrabbildung zu A erhält man dadurch, dass man das kleine Dreieck unten links zuerst nach rechts unten, in Richtung des gepunkteten Pfeils verschiebt. Man kann A nun wieder und wieder auf das Ergebnis anwenden: Abb. 3 Die eckige Runddrehung A erzeugt also einen Kreis aus fünf Farbmustern. Da die Farben vertauschbar sind, können wir schon zwei Kreise notieren:

Problemfeld Triaden, Sachanalyse Seite 2 von 6 Abb. 4 Ob es zwischen diesen Kreisen eine Verbindung gibt, muss noch geprüft werden und die folgenden Muster fehlen sogar noch: Abb. 5 Da die fehlenden Farbmuster ebenfalls zwei Gruppen bilden, die durch Farbumkehr auseinander hervorgehen, ist anzunehmen, dass diese Gruppen wieder durch die eckige Runddrehung A miteinander verbunden sind. Das wird geprüft. Abb. 6 Die in Abb. 6 dokumentierte Prüfung ergibt, dass in der Tat die Farbmuster der oberen Zeile in Abb. 5 durch die eckige Runddrehung A wieder einen Kreis bilden. Daher bilden die Farbmuster der unteren Zeile ebenfalls einen Kreis. Abb. 7 zeigt den Graphen der Musterübergänge. Dieser besteht nun aus vier noch unverbundenen Fünfecken:

Problemfeld Triaden, Sachanalyse Seite 3 von 6 Abb. 7 Wir prüfen nun, ob es auch möglich ist, von einer der vier Mustergruppen in eine andere zu gelangen, indem wir eine weitere eckige Runddrehung B verwenden. Bei dieser verschieben wir das obere kleine Dreieck zunächst nach rechts und fahren analog zur Runddrehung A fort (das Ergebnis ist in Abb.7 bereits als gestrichelte Linie eingetragen): Die eckige Runddrehung B (Start mit dem oberen Dreieck): Abb. 8 Damit ist nicht nur klar, dass sich jedes Farbmuster in jedes andere überführen lässt, man sieht auch, durch welche Abbildungen dies geschehen kann.

Problemfeld Triaden, Sachanalyse Seite 4 von 6 Anschlussprobleme Man kann nach Weglängen im Graphen fragen. Befinden sich zwei Farbmuster M 1 und M 2 im selben Fünferzyklus braucht man offensichtlich höchstens zwei Operationen (A, B oder ihre Umkehrungen), um M 1 in M 2 zu überführen. Liegen die Farbmuster M 1 und M 2 in verschiedenen Zyklen, braucht man höchstens 6 Operationen. Die Wege lassen sich vielleicht verkürzen, wenn man den Graphen um weitere Übergänge ergänzt. Schließlich könnte man noch die eckige Runddrehung C hinzunehmen, bei der man mit dem kleinen Dreieck unten links startet (Abb. 10). Zunächst tragen wir ohne weiteres Probieren den Fünferzyklus ein, der durch Farbumkehr aus dem schon vorhandenen Zyklus entsteht: d d c e e c a b b a Abb. 9 Der Aussenkreis (blau dargestellt in Abb. 9) wird also ebenfalls durch die Operation B gebildet. Operation B bildet noch zwei weitere Fünferzyklen, die nicht eingetragen wurden. Die rot gestrichelt dargestellten Übergänge sind durch die in Abb. 10 dargestellte Operation ( eckige Runddrehung C ) möglich. Abb. 10

Problemfeld Triaden, Sachanalyse Seite 5 von 6 Trägt man alle Übergänge ein, die auf unseren 3 Abbildungen fußen, so entsteht ein Graph, mit dem einheitlichen Eckengrad 6, denn jede Ecke (=Farbmuster) ist über die 3 Abbildungen und ihre Umkehrabbildungen mit 6 Ecken verbunden. Dieser Graph kann doppelte Kanten und auch theoretisch auch Schlaufen enthalten (falls ein Muster unter einer der Abbildungen konstant bleibt ). Ein Graph mit 20 Ecken und dem konstanten Eckengrad 6 kann schnell unübersichtlich werden. Allerdings sind in diesem Graphen viele Symmetrien zu erwarten. Die verwendeten Abbildungen A, B, C gehen durch 120 auseinander hervor: Start A Start B Start C Abb. 11 Man kann die Farbmuster nach Drehbeziehungen sortieren: Abb. 12 Die blau dargestellten Übergänge bewirkt Runddrehung A, die rot dargestellten Runddrehung B und die schwarz dargestellten unsere Runddrehung C. Es ist klar, dass die 120 -Drehung der Muster eine weitere völlig gleichartige Zeile erzeugt, bei der lediglich die Abbildungen vertauscht werden: Abb. 13 Auf diese Art und Weise erhält man schnell die 18 Muster und ihre Übergänge, die unter einer 120 - Drehung (oder 240 -Drehung) nicht invariant sind. Übrig bleiben nur unsere beiden rotationssymmetrischen Muster (gleichfarbige Dreiecksecken), die wiederum durch Farbumkehr miteinander verbunden sind. Berücksichtigt man alle Drehsymmetrien und durch Farbumkehr ineinander überführbare Muster, ist es einfach, den vollständigen Übergangsgraphen schnell zu konstruieren:

Problemfeld Triaden, Sachanalyse Seite 6 von 6 Abb. 14 Die Symmetrien dieses Übergangsgraphen ließen sich auf einer gekrümmten Fläche (Zylindermatel oder vielleicht Torus) noch stärker hervorheben. Man kann nun weiterhin untersuchen, wie weit zwei beliebige Farbmuster in diesem Graphen voneinander entfernt sind (wie viele Abbildungen mindestens nötig sind, um das eine Muster in das andere zu überführen) oder nach den voneinander am weitesten entfernten Mustern fragen. Man kann weitere Umlegeprozesse suchen und auch für diese derartige Graphen konstruieren.