Как мозайките могат да помогнат за решаването на сложни математически задачи

Когато математиката среща естетиката: Теселациите като прецизен инструмент за решаване на сложни проблеми

Ваня Милева Последна промяна на 14 октомври 2025 в 00:00 110 0

Красиво препокриващи се кръгови дъгии дъги

Кредит Heinrich Begehr
Математиката среща естетиката: Триъгълниците на Швейкарт създават пшатерни с естетическа привлекателност, които предлагат вдъхновение както за компютърни графични дизайнери, така и за архитекти.

Математици от Свободния университет в Берлин доказват, че мозайките (теселациите) са нещо повече от красиви шарки, а прецизен инструмент за решаване на сложни математически задачи.

Повърхност, покрита с геометрични фигури без празнини или припокривания, може да се използва в математическия анализ.

Изследването "Красотата на математиката: Мозайки и техните формули" от Хайнрих Бегер (Heinrich Begehr) и Дадзяан Уан (Dajiang Wang) е публикувано в списанието Appliable Analysis. Учените комбинират методи от комплексния анализ, теорията на диференциалните уравнения и теорията на геометричните функции.

Ключов елемент от работата е "принципът на мозаечното отражение", при който формите се отразяват многократно относно своите страни, създавайки симетрични шарки. Този метод, освен естетическата си стойност (както в трудовете на М.К. Ешер), позволява решаването на класически гранични задачи в математическата физика.

"Нашето проучване показва, че красотата в математиката е не само естетика, но и структурна дълбочина и ефективност", казва професор Бегер.

Демонстрация на "принципа на мозаечното отражение". Кредит: Applicable Analysis (2025). DOI: 10.1080/00036811.2025.2510472

Принципът на отражението позволява създаването на нови представяния на функции в мозайки, което е полезно в математическата физика и инженерството.

Методът работи както в евклидово пространство, така и в хиперболичната геометрия, използвана в теоретичната физика. Миналата година Бегер демонстрира как принципът на мозаечното отражение може да се използва за конструиране на функцията на Грийн за триъгълника на Швайкарт в хиперболичната равнина.

"Надяваме се, че нашите резултати ще намерят отклик не само в чистата математика и физика, но и ще вдъхновят архитекти и специалисти по компютърна графика", отбелязва Уан.

Всички първи отражения.Всички първи отражения. Кредит: Applicable Analysis (2025). DOI: 10.1080/00036811.2025.2510472

Традицията на плочниците в Берлин

В продължение на близо две десетилетия изследователската група, ръководена от Бегер в Института по математика към Свободния университет в Берлин, изучава така наречените "берлински огледални плочки" – метод, базиран на принципа на обединеното отражение, разработен от берлинския математик Херман Амандус Шварц (1843–1921).

При този подход, закръглен многоъгълник – форма, чиито ръбове се състоят от части от прави линии и кръгови дъги – се отразява многократно, докато цялата равнина не бъде безпроблемно и напълно покрита с плочки, без никакви припокривания или празнини. Тези патерни са не само визуално впечатляващи, но и позволяват явни интегрални представяния на функции – ключов инструмент за решаване на сложни гранични задачи.

"Някога математиците е трябвало да използват трикомпонентно огледало за тоалетка, за да създадат безкрайна поредица от изображения", коментира Бегер. "Днес можем да използваме итеративни компютърни програми, за да генерираме същия ефект – и можем да допълним това с точни математически формули, използвани в сложния анализ."

Триъгълниците на Швейкарт и хиперболичната красота

Въпреки че се смятат за много естетически впечатляващи, теселациите в хиперболични пространства – например в кръгъл диск – представляват особено предизвикателство за математиците. Тук влизат в действие "триъгълниците на Швейкарт": специални триъгълници с един прав ъгъл и два нулеви ъгъла, кръстени на математика-любител и професор по право Фердинанд Курт Швейкарт (1780–1857). Пример за триъгълник на Швейкарт са защрихованите области в графиката по-горе.

Тези триъгълници позволяват пълното, регулярно облицоване на кръгъл диск, създавайки шарки с естетическа привлекателност, които предлагат ново вдъхновение както за компютърни графични дизайнери, така и за архитекти. В същото време основните математически конструкции са изключително сложни и изискват усъвършенствани аналитични методи.

Математиката като визуална наука

Констатациите на екипа подчертават един често пренебрегван аспект на математиката: тя е не само абстрактна дисциплина, но и визуална наука – такава, в която структурата, симетрията и естетиката играят централна роля. Когато се съчетаят със съвременни техники за визуализация, графичен софтуер и цифрови инструменти, тези прозрения стават още по-актуални.

Справка: H. Begehr et al, Beauty in/of mathematics: tessellations and their formulas, Applicable Analysis (2025). DOI: 10.1080/00036811.2025.2510472

Източник: When mathematics meets aesthetics: Tessellations as a precise tool for solving complex problems, Freie Universitaet Berlin

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Математика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !