Ausstellung ?Mathe? — Einfach sch?n!”
Die folgende Seite liefert eine Link?liste zu einer Aus?wahl von Bil?dern, die mit ver?schie?de?nen Algo?rith?men er?zeugt wur?den.
- Die eine Gruppe von Algo?rith?men ver?wen?det Punkte auf vorge?ge?be?nen Kurven. Durch die Ver?bin?dung zu einem Poly?gon, das als Linie oder Fl?che mehr?fach in ver?schie?de?nen Far?ben ge?zeich?net und dabei in Gr??e und/oder Lage ver??n?dert wird, ent?ste?hen deren Bil?der.
- Die andere Gruppe von Algo?rith?men arbei?tet auf einer Zellen-Basis: die Zeichen?fl?che wird in kleine Zellen unter?teilt, jeder Zelle ein Punkt zuge?ordnet (meist ihr Mittel?punkt, aber das ist nicht zwin?gend erfor?der?lich), und eine Funk?tion an diesem Punkt ausge?wer?tet. Zum Schlu? wird der Funk?tions?wert in eine Farbe trans?for?miert und die Zelle in die?ser Farbe ausge?füllt.
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Copyright???2010
Klaus Bernt
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Ausstellungen zum Thema ?Mathe? — Einfach sch?n!”
Mathematik
Viele der für die Erstellung der Bilder angewand?ten mathe?ma?tischen Kennt?nisse werden bereits in der Schule behan?delt:
Normale Schulmathematik
$$ (p_x,p_y)+(q_x,q_y)=(p_x+q_x,p_y+q_y) $$
Die Punkte einer Ellipse um den Ursprung mit den Halb?achsen $ a $ und $ b $ lassen sich mit den Koor?di?naten $ (a \cdot \cos(n_a\cdot t),b\cdot\sin(n_b\cdot t)) $ mit $ t\in [0,2\pi)\cong[0°,360°) $ beschreiben.
Die Punkte einer Ellipse um den Ursprung mit den Halb?achsen $ a $ und $ b $ lassen sich mit den Koor?di?naten $ (a \cdot \cos(n_a\cdot t),b\cdot\sin(n_b\cdot t)) $ mit $ t\in [0,2\pi)\cong[0°,360°) $ beschreiben.
Die Punkte einer Lissajous-Figur um den Ursprung mit den Halb?achsen a und b lassen sich mit den Koor?di?naten $ (a \cdot \cos(n_a\cdot t),b\cdot\sin(n_b\cdot t)) $ mit $ t\in [0,2\pi)\cong[0°,360°) $ beschreiben. Sind? $ n_a $ und? $ n_b $ ganze Zahlen, ist die Figur geschlossen. Man bedenke dabei die M?glichkeit, dass die sichtbare Kurve mehrfach durchlaufen wird!
$$ A\cdot x+B\cdot y + C =0 $$ mit $ A^2+B^2=1 $ . Setzt man in den Term $$ A\cdot x + B\cdot y + C $$ einen belie?bi?gen Punkt $ (x,y) $ ein, so lie?fert er den Abstand des Punk?tes von der Geraden.
$$ y(x) = a\cdot x^2 + b\cdot x + c $$
$$ y(x) = \frac{a}{x} + c $$
Beim 'Füllen' eines geschlos?senen Poly?gons stellt sich für jeden Bild?punkt die Frage, ob er inner?halb oder au?er?halb des Poly?gons liegt; nur die inne?ren Punkte werden farbig markiert. Ein m?g?licher Algo?rith?mus sagt: ?Ein Punkt liegt innen, wenn jeder Weg ins Unend?liche das Poly?gon queren muss” (das Poly?gon bildet um den Punkt herum eine geschlos?sene Linie).
Der Even-Odd-Algo?rith?mus hin?gegen z?hlt die Schnitt?punkte eines belie?bigen, vom Punkt aus?ge?hen?den Strahls mit dem Poly?gon: ist die Anzahl gerade (engl. 'even'), liegt der Punkt au?er?halb, ist sie unge?rade (engl. 'odd'), liegt er inner?halb. Dadurch kann die fl?chige Fül?lung eines ge?schlos?se?nen Poly?gons 'L?cher' be?kom?men, wenn sich das Poly?gon selbst schneidet.
Man definiert die imagin?re Ein?heit?
$
i
$
mit?tels der Eigen?schaft
$
i^2=-1
$
. Objekte der Gestalt
$
x+iy
$
(
$
x
$
,
$
y
$
reelle Zahlen) werden 'komplexe Zahlen' genannt. Mit
$$
(x+iy)+(a+ib)=(x+a)+i(y+b)
$$
und?
$$
(x+iy)\cdot(a+ib)=(x\cdot a-y\cdot b)+i(y\cdot a+x\cdot b)
$$
werden 'natürliche' Erwei?te?run?gen der reel?len Addi?tion bzw. Multi?pli?kation defi?niert.
Man kann die komple?xen Zahlen als Punkte einer Ebene auf?fassen: tr?gt man den Real?teil?
$
x
$
hori?zontal und den Ima?gi?n?r?teil
$
y
$
verti?kal (mit der Ein?heit
$
i
$
) auf, so sieht man die Entsprechung zwischen den karte?si?schen Koor?di?naten
$
(x,y)
$
eines Punktes der Ebene und der kom?ple?xen Zahl
$
x+iy
$
. Alter?nativ kann man die gleiche Zahl in Polar?koor?di?naten schrei?ben:
$$
r\cdot(\cos(\varphi)+i\cdot\sin(\varphi))
$$
Dabei ist der Betrag?
$
r
$
iden?tisch mit dem Wert
$
\sqrt{(x^2+y^2)}
$
. Das Argu?ment?
$
\varphi
$
ist der Winkel (im Bogen?ma?, also im Bereich
$
[0,2\pi)
$
) zwischen der posi?ti?ven
$
x
$
-Achse und dem Strahl vom Ursprung zur Zahl
$
x+iy
$
(analog: zum Punkt
$
(x,y)
$
) gemes?sen in mathe?ma?tisch posi?ti?ver Rich?tung (Gegen?uhr?zei?ger?sinn).