Steinersche Flächen

Steinersche Flächen
Römische Fläche

Steinersche Flächen sind in der Projektiven Geometrie spezielle Flächen, auf denen Scharen von Kegelschnitten liegen. Sie sind nach Jakob Steiner (1796-1863) benannt, der sie 1838 bei seinem Aufenthalt in Rom fand. Spezielle Steinerflächen werden deshalb auch Römerflächen genannt. Die Steinerschen Flächen sind von Ernst Eduard Kummer und Karl Weierstraß weiter untersucht worden. Eine Steinerfläche ist eine durch quadratische Polynome \,p_i = Au^2 + Buv + Cv^2 + Du + Ev + F (i= 0, 1,2,3) in zwei Variablen u,v gegebene Fläche im dreidimensionalen Raum:

\,(x,y,z)=(\frac{p_1}{p_0}, \frac{p_2}{p_0}, \frac{p_3}{p_0})

In affinen Koordinaten ist sie durch eine Gleichung höchstens vierten Grades gegeben.

Dahinter steckt folgende Konstruktion. Man bettet die reelle projektive Ebene, gegeben durch homogene Koordinaten \,(u_0, u_1, u_2), in den projektiven 5 dimensionalen Raum ein, mit homogenen Koordinaten (Veronese-Fläche):

(u_0^2, u_1^2, u_2^2, u_1 u_2, u_0 u_2, u_0 u_1)

Dann projiziert man durch Multiplikation mit einer 6 x 4 Matrix auf den vierdimensionalen Raum, was vier Linearkombinationen der oben angegebenen sechs homogenen Koordinaten ergibt: \, (p_0, p_1, p_2, p_3). Als homogene Koordinaten des dreidimensionalen projektiven Raums aufgefasst (bei diesem Übergang entstehen Singularitäten der Fläche) ergibt sich die oben angegebene Darstellung der Steinerfläche.

Inhaltsverzeichnis

Beispiele

Die Römische Fläche von Steiner ist durch

(p_0, p_1, p_2, p_3)= (u_0^2 + u_1^2 + u_2^2, u_1 u_2, u_0 u_2, u_0 u_1)

gegeben. Die Darstellung ist homogen in den ui, so dass sich leicht weitere Parametrisierungen ergeben, wenn man mit einem gemeinsamen Faktor multipliziert (siehe unten). Sie hat drei Doppel-Linien, sechs Verzweigungspunkte und einen Dreifachpunkt. Die drei Doppellinien, an denen sich die Fläche selbst durchdringt, treffen sich im Dreifachpunkt. Die Fläche ist nicht orientierbar (das heißt einseitig wie das Möbiusband), genauso wie die projektive Ebene, deren Einbettung in den dreidimensionalen Raum sie gemäß obiger Konstruktion darstellt[1]. In affinen Koordinaten hat sie die Gleichung:

\,x^2 y^2 + x^2 z^2 + y^2 z^2 -xyz =0

Weitere Parametrisierungen der Gleichung sind gegeben durch:

x=\frac{s}{1+s^2+t^3}
y=\frac{s\cdot t}{1+s^2+t^3}
z=\frac{t}{1+s^2+t^3}

was sich durch Ausnutzung der Homogenität der Darstellung in der Form (\frac {p_1}{p_0}, \frac {p_2}{p_0}, \frac {p_3}{p_0}) ergibt, und

x=\cos(u)\cdot\sin(u)\cdot\cos(v)^2
y=\sin(u)\cdot\cos(v)\cdot\sin(v)
z=\cos(u)\cdot\cos(v)\cdot\sin(v)

Sie ergibt sich aus der Parametrisierung der Einheitssphäre

(x,y,z) = (cos(u)cos(v),sin(u)cos(v),sin(v))

und der Abbildung (x,y,z) \rightarrow ( xy,  yz , xz) = (\cos (u) \sin (u) {\cos (v)}^2, \sin (u) \cos (v) \sin (v), \cos (u) \cos (v) \sin (v))

Die Kreuzkappe ist gegeben durch:

(p_0, p_1, p_2, p_3)= (u_0^2  + u_1^2 + u_2^2, u_1 u_2, 2 u_0 u_1, u_0^2- u_1^2)

In affinen Koordinaten:

\,4 x^2 (x^2 +y^2+ z^2 +z) +y^2 (y^2 +z^2 -1) =0

Coffman, Schwartz und Stanton klassifizierten die möglichen Steinerflächen in 10 Typen.

Literatur

  • A. Coffman, A. Schwartz, and C. Stanton: The Algebra and Geometry of Steiner and other Quadratically Parametrizable Surfaces. In Computer Aided Geometric Design (3) 13 (April 1996), S. 257-286
  • Bert Jüttler, Ragni Piene: Geometric Modeling and Algebraic Geometry. Springer 2008, ISBN 9783540721840, S. 30ff (eingeschränkte Online-Version in der Google Buchsuche-USA)
  • Steinersche Fläche. In Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 18. Leipzig 1909, S. 900.

Weblinks

Verweise

  1. Eine weitere Einbettung der projektiven Ebene ist durch die Boysche Fläche gegeben, die keine Steinersche Fläche ist

Wikimedia Foundation.

Игры ⚽ Нужна курсовая?

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Römerfläche — Steinersche Flächen sind in der Projektiven Geometrie Flächen, auf denen Scharen von Kegelschnitten liegen. Sie sind nach Jakob Steiner (1796 1863) benannt, der sie 1838 bei seinem Aufenthalt in Rom fand. Sie werden deshalb auch Römerflächen… …   Deutsch Wikipedia

  • Römerflächen — Steinersche Flächen sind in der Projektiven Geometrie Flächen, auf denen Scharen von Kegelschnitten liegen. Sie sind nach Jakob Steiner (1796 1863) benannt, der sie 1838 bei seinem Aufenthalt in Rom fand. Sie werden deshalb auch Römerflächen… …   Deutsch Wikipedia

  • Steiner'sche Römerfläche — Steinersche Flächen sind in der Projektiven Geometrie Flächen, auf denen Scharen von Kegelschnitten liegen. Sie sind nach Jakob Steiner (1796 1863) benannt, der sie 1838 bei seinem Aufenthalt in Rom fand. Sie werden deshalb auch Römerflächen… …   Deutsch Wikipedia

  • Jakob Steiner — (* 18. März 1796 in Utzenstorf; †  1. April 1863 in Bern) war ein Schweizer Mathematiker. Inhaltsverzeichnis …   Deutsch Wikipedia

  • Flächentheorie — Flächentheorie. Fläche (Oberfläche) ist eine zweifach ausgedehnte Raumgröße, die Begrenzung eines Körpers. Sie ist entweder eben (Ebene) oder krumm (eigentliche Fläche). Sie besitzt eine Gleichung zwischen drei Veränderlichen f (x, y, z) = 0 und… …   Lexikon der gesamten Technik

  • Kurven — Kurven, krumme Linien, stetige Reihen von Punkten in der Ebene. Eine solche wird durch eine Gleichung zwischen zwei Veränderlichen f (x, y) = 0 oder homogen f (x, y, ω) = 0, aufgelöst y = φ (x) dargestellt. Je nach der Natur der… …   Lexikon der gesamten Technik

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”