กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 17 นาที

การเรียงตัวของรูปทรงเรขาคณิต

การ ปูพื้นด้วยรูปทรง เรขาคณิตหรือ การปู พื้นผิว ด้วยรูป ทรงเรขาคณิตคือการ ใช้ รูปทรงเรขาคณิตหนึ่งรูปหรือมากกว่านั้นเรียกว่ากระเบื้อง มาปูบนพื้นผิว ซึ่ง มัก จะเป็นระนาบ...

การเรียงตัวของรูปทรงเรขาคณิต

บทความนี้ดีมาก คลิกที่นี่เพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติม

กระเบื้อง ดินเผาเซลิจในเมืองมาราเกช เรียง ต่อกันเป็นแถว รูปทรงปกติ และรูปทรงอื่นๆ
ประติมากรรมติดผนังในเมืองลีวาร์เดนสร้างขึ้นเพื่อเฉลิมฉลองลวดลายเรขาคณิตอันวิจิตรงดงามของเอ็ม.อี. เอสเชอร์
ตัวอย่างหนึ่งของความไม่เป็นคาบเนื่องจากการวางแนวที่แตกต่างกันของกระเบื้องแผ่นหนึ่งจากกระเบื้องที่เหมือนกันจำนวนอนันต์แผ่น

การ ปูพื้นด้วยรูปทรง เรขาคณิตหรือ การปู พื้นผิว ด้วยรูป ทรงเรขาคณิตคือการ ใช้ รูปทรงเรขาคณิตหนึ่งรูปหรือมากกว่านั้นเรียกว่ากระเบื้อง มาปูบนพื้นผิว ซึ่ง มัก จะเป็นระนาบ โดยไม่มีส่วนที่ซ้อนทับกันและไม่มีช่องว่าง ในทางคณิตศาสตร์การปูพื้นด้วยรูปทรงเรขาคณิตสามารถขยายไปสู่มิติที่สูงขึ้นและรูปทรงเรขาคณิตที่หลากหลายได้

การปูพื้นแบบเป็นคาบ จะ มีรูปแบบที่ซ้ำกัน บางประเภทพิเศษ ได้แก่การปูพื้นแบบปกติด้วย กระเบื้องรูป หลายเหลี่ยมปกติที่มีรูปร่างเหมือนกันทั้งหมด และการปูพื้นแบบกึ่งปกติด้วยกระเบื้องปกติที่มีรูปร่างมากกว่าหนึ่งแบบและมีมุมทุกมุมเรียงตัวเหมือนกัน รูปแบบที่เกิดจากการปูพื้นแบบเป็นคาบสามารถแบ่งออกเป็น 17 กลุ่มวอลเปเปอร์ การ ปูพื้นที่ ไม่มีรูปแบบที่ซ้ำกันเรียกว่า "ไม่เป็นคาบ" การปูพื้นแบบไม่เป็น คาบ จะใช้ชุดรูปทรงกระเบื้องขนาดเล็กที่ไม่สามารถสร้างรูปแบบที่ซ้ำกันได้ ( ชุดโปรโตไทล์แบบไม่เป็นคาบ ) การปูพื้นในอวกาศหรือที่เรียกว่าการเติมเต็มพื้นที่หรือรังผึ้ง สามารถกำหนดได้ในเรขาคณิตของมิติที่สูงกว่า

การปูพื้นด้วยวัสดุจริง ๆ คือการปูกระเบื้องด้วยวัสดุ เช่น กระเบื้อง เซรามิกรูปสี่เหลี่ยม หรือหกเหลี่ยมที่เชื่อมติดกัน การปูพื้นแบบนี้อาจเป็นลวดลาย ตกแต่ง หรืออาจมีฟังก์ชันการใช้งาน เช่น การปูพื้นทางเดิน พื้น หรือผนังที่ทนทานและกันน้ำได้ ในอดีต การปูพื้นด้วยวัสดุแบบนี้ถูกนำมาใช้ในสมัยโรมันโบราณและในศิลปะอิสลามเช่น ในสถาปัตยกรรมโมร็อกโกและการปูพื้นด้วยรูปทรงเรขาคณิตเพื่อการตกแต่งของ พระราชวัง อัลฮัมบราในศตวรรษที่ 20 ผลงานของเอ็ม.ซี. เอสเชอร์มักใช้การปูพื้นด้วยวัสดุแบบนี้ ทั้งในเรขาคณิตแบบยูคลิด ทั่วไป และเรขาคณิตแบบไฮเปอร์โบลิก เพื่อสร้างผลทางศิลปะ บางครั้งการปูพื้นด้วยวัสดุแบบ นี้ ก็ถูกนำมาใช้เพื่อตกแต่งในงานเย็บปัก ถักร้อย การปูพื้น ด้วยวัสดุแบบนี้เป็นรูปแบบหนึ่งของลวดลายในธรรมชาติตัวอย่างเช่น ในการเรียงตัวของเซลล์รูปหกเหลี่ยมที่พบในรังผึ้ง

ประวัติศาสตร์

ภาพโมเสกจากวิหารโบราณอูรุกที่ 4 ของชาวสุเมเรียน (3400–3100 ปีก่อนคริสตกาล) แสดงลวดลายการเรียงตัวของกระเบื้องสี

ชาวสุเมเรียน (ประมาณ 4000 ปีก่อนคริสตกาล) ใช้เทสเซลเลชันในการตกแต่งผนังอาคารโดยใช้ลวดลายของกระเบื้องดินเผา[ 1 ]

กระเบื้อง โมเสคตกแต่งที่ทำจากบล็อกสี่เหลี่ยมเล็กๆ ที่เรียกว่าเทสเซอร่า ถูกนำมา ใช้กันอย่างแพร่หลายในสมัยโบราณ [ 2 ]บางครั้งก็มีลวดลายเรขาคณิต[ 3 ] [ 4 ]

ในปี ค.ศ. 1619 โยฮันเนส เคปเลอร์ได้ทำการศึกษาการปูพื้นแบบเทสเซลเลชันเป็นครั้งแรกที่มีการบันทึกไว้ เขาเขียนเกี่ยวกับการปูพื้นแบบเทสเซลเลชันปกติและกึ่งปกติในหนังสือHarmonices Mundi ของเขา เขาอาจเป็นคนแรกที่สำรวจและอธิบายโครงสร้างหกเหลี่ยมของรังผึ้งและเกล็ดหิมะ[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

โมเสกรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนแบบโรมัน

ประมาณสองร้อยปีต่อมาในปี 1891 นักผลึกศาสตร์ชาวรัสเซียYevgraf Fyodorovได้พิสูจน์ว่าการปูพื้นระนาบแบบเป็นคาบทุกรูปแบบมีไอโซเมตรีที่แตกต่างกัน 1 ใน 17 กลุ่ม[ 8 ] [ 9 ]งานของ Fyodorov ถือเป็นจุดเริ่มต้นอย่างไม่เป็นทางการของการศึกษาทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับการปูพื้น ผู้มีส่วนร่วมที่โดดเด่นอื่นๆ ได้แก่Alexei Vasilievich ShubnikovและNikolai BelovในหนังสือColored Symmetry (1964) [ 10 ]และHeinrich Heeschและ Otto Kienzle (1963) [ 11 ]

นิรุกติศาสตร์

ในภาษาละตินtessellaคือชิ้นส่วนทรงลูกบาศก์ขนาดเล็กที่ทำจากดินหินหรือแก้วใช้สำหรับทำโมเสก[ 12 ]คำว่า "tessella" หมายถึง "สี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาดเล็ก" (จากtesseraซึ่งหมายถึงสี่เหลี่ยมจัตุรัส ซึ่งมาจากคำภาษากรีก τέσσερα ที่แปลว่าสี่ ) สอดคล้องกับ คำว่า tiling ในชีวิตประจำวัน ซึ่งหมายถึงการประยุกต์ใช้การเรียงตัวของ tessella ซึ่งมักทำจากดิน เคลือบ

ภาพรวม

การปูกระเบื้อง แบบรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนและหกเหลี่ยม : พื้นกระเบื้องในพิพิธภัณฑ์โบราณคดีแห่งเซบียาประเทศสเปน โดยใช้กระเบื้องต้นแบบรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส สามเหลี่ยม และหกเหลี่ยม

การปูพื้นสองมิติ หรือที่เรียกว่าการปูกระเบื้องระนาบ เป็นหัวข้อหนึ่งในเรขาคณิตที่ศึกษาว่ารูปทรงที่เรียกว่ากระเบื้องสามารถจัดเรียงอย่างไรให้เต็มระนาบโดยไม่มีช่องว่าง ตามชุดกฎที่กำหนด กฎเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ กฎทั่วไปคือต้องไม่มีช่องว่างระหว่างกระเบื้อง และมุมของกระเบื้องหนึ่งต้องไม่อยู่ตามขอบของกระเบื้องอื่น[ 13 ]การปูพื้นที่สร้างขึ้นโดยการก่ออิฐแบบยึดติดกันไม่เป็นไปตามกฎนี้ ในบรรดา การปูพื้นที่เป็นไปตามกฎนี้ การปูพื้นแบบปกติจะมีทั้งกระเบื้องปกติ ที่เหมือนกัน [ a ] ​​และมุมหรือจุดยอดปกติที่เหมือนกัน โดยมีมุมเดียวกันระหว่างขอบที่อยู่ติดกันสำหรับกระเบื้องทุกแผ่น[ 14 ]มีเพียงสามรูปทรงเท่านั้นที่สามารถสร้างการปูพื้นแบบปกติได้ ได้แก่สามเหลี่ยมด้านเท่าสี่เหลี่ยมจัตุรัสและหกเหลี่ยมปกติรูปทรงใดรูปทรงหนึ่งในสามรูปทรงนี้สามารถทำซ้ำได้ไม่จำกัดเพื่อเติมเต็มระนาบโดยไม่มีช่องว่าง[ 6 ]

การปูพื้นด้วยรูปทรงเรขาคณิตแบบอื่นๆ อีกมากมายก็เป็นไปได้ภายใต้ข้อจำกัดที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น มีการปูพื้นแบบกึ่งปกติแปดประเภท ซึ่งสร้างขึ้นจากรูปหลายเหลี่ยมปกติมากกว่าหนึ่งชนิด แต่ยังคงมีการจัดเรียงรูปหลายเหลี่ยมแบบเดียวกันที่ทุกมุม[ 15 ]การปูพื้นแบบไม่ปกติยังสามารถสร้างได้จากรูปทรงอื่นๆ เช่นรูปห้าเหลี่ยมรูปหลายเหลี่ยมและรูปทรงเรขาคณิตเกือบทุกชนิด ศิลปินMC Escherมีชื่อเสียงในการสร้างการปูพื้นด้วยกระเบื้องที่เชื่อมต่อกันแบบไม่ปกติ ซึ่งมีรูปร่างเหมือนสัตว์และวัตถุธรรมชาติอื่นๆ[ 16 ]หากเลือกสีที่ตัดกันอย่างเหมาะสมสำหรับกระเบื้องที่มีรูปร่างแตกต่างกัน จะทำให้เกิดลวดลายที่โดดเด่น และสามารถใช้ตกแต่งพื้นผิวต่างๆ เช่น พื้นโบสถ์ได้[ 17 ]

ลวดลายกระเบื้องเคลือบเซลิจที่วิจิตรบรรจงและมีสีสันสวยงาม ณ พระราชวัง อัลฮัมบราในสเปน ดึงดูดความสนใจของเอ็ม.อี. เอสเชอร์

กล่าวอย่างเป็นทางการมากขึ้น การปูพื้นหรือการปูพื้นผิวคือการปกคลุมระนาบยุคลิดด้วยเซตปิดจำนวนนับได้ที่เรียกว่าไทล์โดยที่ไทล์เหล่านี้ตัดกันเฉพาะที่ขอบเขต ของพวกมันเท่านั้น ไทล์เหล่านี้อาจเป็นรูปหลายเหลี่ยมหรือรูปทรงอื่นๆ ก็ได้[ b ] การปูพื้นจำนวนมากเกิดขึ้นจาก โปรโตไทล์จำนวนจำกัดซึ่งไทล์ทั้งหมดในการปูพื้นนั้นมีความสอดคล้องกับโปรโตไทล์ที่กำหนด หากรูปทรงเรขาคณิตสามารถใช้เป็นโปรโตไทล์เพื่อสร้างการปูพื้นได้ รูปทรงนั้นจะเรียกว่าสามารถปูพื้นหรือปูพื้นผิวระนาบได้เกณฑ์ของคอนเวย์เป็นชุดกฎที่เพียงพอ แต่ไม่จำเป็น สำหรับการตัดสินใจว่ารูปทรงที่กำหนดสามารถปูพื้นผิวระนาบได้เป็นระยะโดยไม่มีการสะท้อนหรือไม่ ไทล์บางชิ้นไม่ผ่านเกณฑ์ แต่ก็ยังสามารถปูพื้นผิวระนาบได้[ 19 ]ยังไม่พบกฎทั่วไปสำหรับการกำหนดว่ารูปทรงที่กำหนดสามารถปูพื้นผิวระนาบได้หรือไม่ ซึ่งหมายความว่ายังมีปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขอีกมากมายเกี่ยวกับการปูพื้น[ 18 ]

ในทางคณิตศาสตร์ การปูพื้นสามารถขยายไปยังพื้นที่อื่นที่ไม่ใช่ระนาบยุคลิดได้[ 6 ]นักเรขาคณิตชาวสวิสLudwig Schläfliเป็นผู้บุกเบิกเรื่องนี้โดยการกำหนดโพลีสคีมซึ่งนักคณิตศาสตร์ในปัจจุบันเรียกว่าโพลีโท ป โพลีส คีมเหล่านี้เป็นรูปอนาล็อกของรูปหลายเหลี่ยมและทรงหลายเหลี่ยมในพื้นที่ที่มีมิติมากกว่า เขายังได้กำหนดสัญลักษณ์ Schläfliเพื่อให้ง่ายต่อการอธิบายโพลีโทป ตัวอย่างเช่น สัญลักษณ์ Schläfli สำหรับสามเหลี่ยมด้านเท่าคือ {3} ในขณะที่สัญลักษณ์สำหรับสี่เหลี่ยมจัตุรัสคือ {4} [ 20 ]สัญลักษณ์ Schläfli ทำให้สามารถอธิบายการปูพื้นได้อย่างกระชับ ตัวอย่างเช่น การปูพื้นด้วยรูปหกเหลี่ยมปกติจะมีรูปหลายเหลี่ยมหกเหลี่ยมสามรูปที่แต่ละจุดยอด ดังนั้นสัญลักษณ์ Schläfli ของมันคือ {6,3} [ 21 ]

ยังมีวิธีการอื่นๆ อีกสำหรับการอธิบายการปูพื้นรูปหลายเหลี่ยม เมื่อการปูพื้นประกอบด้วยรูปหลายเหลี่ยมปกติ สัญลักษณ์ที่ใช้กันทั่วไปคือการกำหนดค่าจุดยอดซึ่งเป็นเพียงรายการของจำนวนด้านของรูปหลายเหลี่ยมรอบจุดยอด การปูพื้นด้วยรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสมีการกำหนดค่าจุดยอดเป็น 4.4.4.4 หรือ 4 4 การปูพื้นด้วยรูปหกเหลี่ยมปกติจะระบุ เป็น6.6.6 หรือ 6 3 [ 18 ]

ในวิชาคณิตศาสตร์

บทนำเกี่ยวกับลวดลายเทสเซลเลชัน

นักคณิตศาสตร์ใช้คำศัพท์ทางเทคนิคบางคำเมื่อกล่าวถึงการปูพื้นขอบคือจุดตัดระหว่างกระเบื้องสองแผ่นที่อยู่ติดกัน ซึ่งมักจะเป็นเส้นตรงจุดยอดคือจุดตัดของกระเบื้องสามแผ่นขึ้นไปที่อยู่ติดกัน เมื่อใช้คำศัพท์เหล่านี้ การปูพื้น แบบไอโซโกนัลหรือ การปูพื้นแบบ จุดยอดตรงกัน คือการปูพื้นที่จุดยอดทุกจุดเหมือนกัน กล่าวคือ การจัดเรียงรูปหลายเหลี่ยมรอบจุดยอดแต่ละจุดเหมือนกัน[ 18 ]พื้นที่พื้นฐานคือรูปร่าง เช่น สี่เหลี่ยมผืนผ้า ที่ทำซ้ำเพื่อสร้างการปูพื้น[ 22 ]ตัวอย่างเช่น การปูพื้นระนาบแบบปกติด้วยรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสจะมีรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสสี่รูปมาบรรจบกันที่จุดยอดทุกจุด[ 18 ]

ด้านของรูปหลายเหลี่ยมไม่จำเป็นต้องเหมือนกับขอบของกระเบื้องการปูกระเบื้องแบบขอบชนขอบคือการปูกระเบื้องรูปหลายเหลี่ยมที่กระเบื้องที่อยู่ติดกันใช้ด้านร่วมกันเพียงด้านเดียว กล่าวคือ ไม่มีกระเบื้องใดใช้ด้านร่วมกันเพียงบางส่วนหรือมากกว่าหนึ่งด้านกับกระเบื้องอื่น ในการปูกระเบื้องแบบขอบชนขอบ ด้านของรูปหลายเหลี่ยมและขอบของกระเบื้องจะเหมือนกัน การปูกระเบื้องแบบ "กำแพงอิฐ" ที่คุ้นเคยนั้นไม่ใช่การปูกระเบื้องแบบขอบชนขอบ เพราะด้านยาวของอิฐสี่เหลี่ยมแต่ละก้อนจะใช้ร่วมกับอิฐที่อยู่ติดกันสองก้อน[ 18 ]

การปูพื้นแบบปกติคือการปูพื้นที่ซึ่งกระเบื้องแต่ละแผ่นเทียบเท่ากับดิสก์ในเชิงโท โพโล ยี จุดตัดของกระเบื้องสองแผ่นใดๆ จะเป็นเซตที่เชื่อมต่อกันหรือเซตว่างและกระเบื้องทุกแผ่นมีขอบเขตสม่ำเสมอซึ่งหมายความว่าสามารถใช้รัศมีล้อมรอบเพียงค่าเดียวและรัศมีภายในเพียงค่าเดียวสำหรับกระเบื้องทุกแผ่นในการปูพื้นทั้งหมด เงื่อนไขนี้ไม่อนุญาตให้ใช้กระเบื้องที่ยาวหรือบางผิดปกติ[ 23 ]

ตัวอย่างของการปูพื้นแบบไม่ชนขอบ: การปูพื้นแบบห้าเหลี่ยม นูนด้านเดียวลำดับที่ 15 ซึ่งค้นพบในปี 2015

การปูพื้นแบบโมโนเฮดรัลคือการปูพื้นที่ซึ่งกระเบื้องทั้งหมดมีความสอดคล้องกันโดยมีกระเบื้องต้นแบบเพียงชิ้นเดียว การปูพื้นแบบโมโนเฮดรัลแบบเกลียวเป็นประเภทการปูพื้นแบบโมโนเฮดรัลที่น่าสนใจเป็นพิเศษ การปูพื้นแบบโมโนเฮดรัลแบบเกลียวครั้งแรกถูกค้นพบโดยไฮนซ์ โวเดอร์เบิร์กในปี 1936 การปูพื้นแบบโวเดอร์เบิร์กมีกระเบื้องหน่วยที่เป็นรูปเก้าเหลี่ยม ที่ไม่ นูน[ 1 ]การปูพื้นแบบฮิร์ชฮอร์นซึ่งตีพิมพ์โดยไมเคิล ดี. ฮิร์ชฮอร์นและดีซี ฮันท์ในปี 1985 เป็นการปูพื้นแบบห้าเหลี่ยมโดยใช้รูปห้าเหลี่ยมที่ไม่ปกติ รูปห้าเหลี่ยมปกติไม่สามารถปูพื้นระนาบยูคลิดได้เนื่องจากมุมภายในของรูปห้าเหลี่ยมปกติ/5ไม่ใช่ตัวหารของ [ 24 ] [ 25 ]

การปูกระเบื้องแบบไอโซเฮดรัลเป็นรูปแบบพิเศษของการปูกระเบื้องแบบโมโนเฮดรัลซึ่งกระเบื้องทั้งหมดอยู่ในชั้นการถ่ายทอดเดียวกัน นั่นคือกระเบื้องทั้งหมดเป็นการแปลงของโปรโตไทล์เดียวกันภายใต้ กลุ่ม สมมาตรของการปูกระเบื้อง[ 23 ]หากโปรโตไทล์ยอมรับการปูกระเบื้อง แต่ไม่มีการปูกระเบื้องใดที่เป็นไอโซเฮดรัล โปรโตไทล์นั้นจะเรียกว่าอะนิโซเฮดรัลและสร้างการปูกระเบื้องแบบอะนิโซเฮดรั

การปูพื้นแบบปกติเป็นการ ปูพื้นแบบ สมมาตร สูง ที่ประกอบด้วย รูป หลายเหลี่ยมปกติ ที่ มีรูปร่างเหมือนกันทั้งหมด มีการปูพื้นแบบปกติเพียงสามแบบเท่านั้น ได้แก่ แบบที่ประกอบด้วยรูปสามเหลี่ยมด้านเท่า รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือรูปหกเหลี่ยม ปกติ การปูพื้นทั้งสามแบบนี้เป็นแบบไอโซโกนัลและโมโนเฮดรัล[ 26 ]

การปูพื้นแบบพีทาโกเรียนไม่ใช่การปูพื้นแบบขอบชนขอบ

การปูพื้น แบบกึ่งปกติ (หรือแบบอาร์คิมีเดียน)ใช้รูปหลายเหลี่ยมปกติมากกว่าหนึ่งประเภทในการจัดเรียงแบบไอโซโกนัล มีการปูพื้นแบบกึ่งปกติแปดแบบ (หรือเก้าแบบหากนับคู่ภาพสะท้อนของการปูพื้นเป็นสองแบบ) [ 27 ]สามารถอธิบายได้ด้วยการจัดเรียงจุดยอดตัวอย่างเช่น การปูพื้นแบบกึ่งปกติที่ใช้รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสและรูปแปดเหลี่ยมปกติมีการจัดเรียงจุดยอดเป็น 4.8 2 (แต่ละจุดยอดมีรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสหนึ่งรูปและรูปแปดเหลี่ยมสองรูป) [ 28 ]การปูพื้นแบบไม่สัมผัสขอบบนระนาบยูคลิดเป็นไปได้หลายแบบ รวมถึงตระกูลการปูพื้นแบบพีทาโกเรียน ซึ่งเป็นการปูพื้นที่ใช้รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสสองขนาด (แบบพารามิเตอร์) โดยแต่ละรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสสัมผัสกับรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสสี่รูปของอีกขนาดหนึ่ง[ 29 ]การปูพื้นขอบคือการที่กระเบื้องแต่ละแผ่นสามารถสะท้อนข้ามขอบเพื่อรับตำแหน่งของกระเบื้องข้างเคียงได้ เช่น ในการจัดเรียงรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าหรือสามเหลี่ยมหน้าจั่ว[ 30 ]

กลุ่มวอลเปเปอร์

พื้นถนนที่ปูด้วยลวดลายโมเสกแบบโมโนเฮดรัลนี้ ใช้รูปทรงโค้งแทนรูปหลายเหลี่ยม จัดอยู่ในกลุ่มวอลเปเปอร์ p3

การปูพื้นด้วยสมมาตรการเลื่อนในสองทิศทางที่เป็นอิสระต่อกัน สามารถจัดหมวดหมู่ได้ด้วยกลุ่มวอลเปเปอร์ซึ่งมีอยู่ 17 กลุ่ม[ 31 ]มีการอ้างว่ากลุ่มทั้งสิบเจ็ดกลุ่มนี้มีอยู่ใน พระราชวัง อัลฮัมบราในเมืองกรานาดาประเทศสเปนแม้ว่าจะมีการโต้แย้งเรื่องนี้[ 32 ] แต่ ความหลากหลายและความซับซ้อนของการปูพื้นในพระราชวังอัลฮัมบราก็ดึงดูดความสนใจของนักวิจัยสมัยใหม่[ 33 ]จากการปูพื้นแบบปกติสามแบบ สองแบบอยู่ใน กลุ่มวอลเปเปอร์ p6mและอีกหนึ่งแบบอยู่ในp4mการปูพื้นใน 2 มิติที่มีสมมาตรการเลื่อนในทิศทางเดียว สามารถจัดหมวดหมู่ได้ด้วยกลุ่มฟริซเจ็ดกลุ่มที่อธิบายถึงรูปแบบฟริซ ที่เป็นไปได้ [ 34 ] สามารถใช้สั ญกรณ์ออร์บิโฟลด์เพื่ออธิบายกลุ่มวอลเปเปอร์ของระนาบยุคลิดได้[ 35 ]

การปูพื้นแบบไม่เป็นคาบ

การปูพื้นแบบเพนโรสซึ่งมีสมมาตรหลายแบบ แต่ไม่มีการซ้ำกันเป็นคาบ

การปูพื้นแบบเพนโรสซึ่งใช้รูปสี่เหลี่ยมสองแบบที่แตกต่างกัน เป็นตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของกระเบื้องที่สร้างรูปแบบที่ไม่เป็นคาบอย่างบังคับ พวกมันอยู่ในกลุ่มทั่วไปของการปูพื้นแบบไม่เป็นคาบซึ่งใช้กระเบื้องที่ไม่สามารถปูพื้นแบบเป็นคาบได้กระบวนการวนซ้ำของการปูพื้นแบบแทนที่ เป็นวิธีการสร้างการปูพื้นแบบไม่เป็นคาบ กลุ่มหนึ่งที่สามารถสร้างได้ด้วยวิธีนี้คือกระเบื้องแบบ rep-tileการปูพื้นเหล่านี้มีคุณสมบัติการจำลองตัวเอง ที่ไม่คาดคิด [ 36 ] การปูพื้นแบบ กังหันไม่เป็นคาบ โดยใช้การสร้างแบบ rep-tile กระเบื้องปรากฏในทิศทางที่ไม่มีที่สิ้นสุด[ 37 ]อาจคิดว่ารูปแบบที่ไม่เป็นคาบจะไม่มีสมมาตรเลย แต่นั่นไม่ใช่ความจริง การปูพื้นแบบไม่เป็นคาบ แม้จะขาดสมมาตรการเลื่อนแต่ก็มีสมมาตรประเภทอื่น โดยการทำซ้ำอย่างไม่สิ้นสุดของส่วนใดส่วนหนึ่งของการปูพื้น และในกลุ่มจำกัดบางกลุ่มของการหมุนหรือการสะท้อนของส่วนเหล่านั้น[ 38 ]กฎการแทนที่ เช่นที่สามารถใช้สร้างรูปแบบเพนโรสโดยใช้การประกอบของกระเบื้องที่เรียกว่ารูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน แสดงให้เห็นถึงสมมาตรการปรับขนาด[ 39 ] สามารถใช้ คำฟิโบนาชชีเพื่อสร้างการปูพื้นแบบไม่เป็นคาบ และเพื่อศึกษาควาซิครัสตัลซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีลำดับแบบไม่เป็นคาบ[ 40 ]

ชุดกระเบื้อง Wang จำนวน 13 ชิ้น ที่ปูพื้นผิวระนาบแบบไม่เป็นคาบ เท่านั้น

กระเบื้อง Wangเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีสีที่ขอบแต่ละด้าน และวางเรียงกันโดยให้ขอบที่ติดกันของกระเบื้องที่อยู่ติดกันมีสีเดียวกัน ดังนั้นบางครั้งจึงเรียกว่าโดมิโน Wang ชุดโดมิโน Wang ที่เหมาะสมสามารถปูระนาบได้ แต่ปูแบบไม่เป็นคาบเท่านั้น เป็นที่ทราบกันดีว่าเครื่องจักร Turing ใดๆ ก็สามารถแสดงเป็นชุดโดมิโน Wang ที่ปูระนาบได้ก็ต่อเมื่อเครื่องจักร Turing ไม่หยุดทำงานเท่านั้น เนื่องจากปัญหาการหยุดทำงานไม่สามารถตัดสินได้ ปัญหาของการตัดสินใจว่าชุดโดมิโน Wang สามารถปูระนาบได้หรือไม่จึงไม่สามารถตัดสินได้เช่นกัน[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]

การปูพื้น แบบสุ่มTruchet

กระเบื้อง Truchetเป็นกระเบื้องสี่เหลี่ยมที่ตกแต่งด้วยลวดลาย จึงไม่มีสมมาตรแบบหมุนในปี ค.ศ. 1704 Sébastien Truchetใช้กระเบื้องสี่เหลี่ยมที่แบ่งออกเป็นสองสามเหลี่ยมที่มีสีตัดกัน กระเบื้องเหล่านี้สามารถปูระนาบได้ทั้งแบบเป็นระยะหรือแบบสุ่ม[ 46 ] [ 47 ]

กระเบื้องไอน์สไตน์เป็นรูปทรงเดียวที่บังคับให้มีการปูแบบไม่เป็นคาบ กระเบื้องดังกล่าวชิ้นแรกซึ่งถูกเรียกว่า "หมวก" ถูกค้นพบในปี 2023 โดยเดวิด สมิธ นักคณิตศาสตร์สมัครเล่น[ 48 ] [ 49 ]การค้นพบนี้อยู่ระหว่างการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญ และเมื่อได้รับการยืนยันแล้ว จะได้รับการยกย่องว่าเป็นการแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ มีมาอย่างยาวนาน [ 50 ]

ลวดลายและสีสัน

หากต้องการให้ลวดลายของกระเบื้องปูพื้นนี้เกิดขึ้นโดยการทำซ้ำสี่เหลี่ยมผืนผ้านี้เป็นพื้นฐาน จะต้องใช้สีอย่างน้อยเจ็ดสี โดยทั่วไปแล้ว จะต้องใช้ สี อย่างน้อยสี่สี

บางครั้งสีของกระเบื้องจะถูกเข้าใจว่าเป็นส่วนหนึ่งของการปูกระเบื้อง ในบางครั้งอาจมีการใช้สีตามอำเภอใจในภายหลัง เมื่อพูดถึงการปูกระเบื้องที่แสดงด้วยสี เพื่อหลีกเลี่ยงความกำกวม จำเป็นต้องระบุว่าสีเหล่านั้นเป็นส่วนหนึ่งของการปูกระเบื้องหรือเป็นเพียงส่วนหนึ่งของภาพประกอบ ซึ่งส่งผลต่อการพิจารณาว่ากระเบื้องที่มีรูปร่างเหมือนกันแต่สีต่างกันนั้นเหมือนกันหรือไม่ ซึ่งส่งผลต่อคำถามเกี่ยวกับสมมาตรทฤษฎีบทสี่สีระบุว่าสำหรับการปูกระเบื้องทุกรูปแบบของระนาบยูคลิด ปกติ ด้วยชุดสีสี่สีที่มีอยู่ กระเบื้องแต่ละแผ่นสามารถระบายสีได้ด้วยสีเดียวโดยที่ไม่มีกระเบื้องสีเดียวกันมาบรรจบกันที่เส้นโค้งที่มีความยาวเป็นบวก การระบายสีที่รับประกันโดยทฤษฎีบทสี่สีโดยทั่วไปจะไม่เคารพสมมาตรของการปูกระเบื้อง เพื่อให้ได้การระบายสีที่เคารพสมมาตร จำเป็นต้องถือว่าสีเป็นส่วนหนึ่งของการปูกระเบื้อง ในที่นี้ อาจต้องใช้สีมากถึงเจ็ดสี ดังแสดงในภาพด้านซ้าย[ 51 ]

การปูพื้นด้วยรูปหลายเหลี่ยม

นอกเหนือจากการปูพื้นด้วยรูปหลายเหลี่ยมปกติแล้ว ยังมีการศึกษาการปูพื้นด้วยรูปหลายเหลี่ยมประเภทอื่นๆ อีกด้วย

รูปสามเหลี่ยมหรือรูปสี่เหลี่ยม ใดๆ (แม้แต่รูปที่ไม่นูน ) สามารถใช้เป็นต้นแบบในการสร้างการปูพื้นแบบโมโนเฮดรัลได้ โดยมักจะทำได้มากกว่าหนึ่งวิธี สำเนาของรูปสี่เหลี่ยม ใดๆ สามารถสร้างการปูพื้นที่มีสมมาตรการเลื่อนและสมมาตรการหมุน 2 เท่า โดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จุดกึ่งกลางของทุกด้าน สำหรับรูปสี่เหลี่ยมที่ไม่สมมาตร การปูพื้นนี้จัดอยู่ในกลุ่มวอลเปเปอร์ p2 โดเมนพื้นฐานคือรูปสี่เหลี่ยม หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง เราสามารถสร้างรูปสี่เหลี่ยมด้านขนานที่รองรับด้วยชุดเวกเตอร์การเลื่อนขั้นต่ำ โดยเริ่มจากจุดศูนย์กลางการหมุน เราสามารถแบ่งรูปนี้ด้วยเส้นทแยงมุมหนึ่งเส้น และใช้ครึ่งหนึ่ง (รูปสามเหลี่ยม) เป็นโดเมนพื้นฐาน รูปสามเหลี่ยมดังกล่าวมีพื้นที่เท่ากับรูปสี่เหลี่ยมและสามารถสร้างจากรูปสี่เหลี่ยมได้โดยการตัดและวาง[ 52 ]

การปูพื้นด้วยรูปหลายเหลี่ยม 12 ด้านที่ไม่นูน รูปทรงเท็กซัส

หากอนุญาตให้ใช้รูปทรงกระเบื้องเพียงรูปทรงเดียว จะมีรูปแบบการปูพื้นด้วยรูปหลายเหลี่ยมนูนN ด้าน สำหรับNเท่ากับ 3, 4, 5 และ 6 สำหรับN = 5โปรดดูการปูพื้นแบบห้า เหลี่ยม สำหรับN = 6โปรดดูการปูพื้นแบบหกเหลี่ยมสำหรับN = 7โปรดดูการปูพื้นแบบเจ็ดเหลี่ยมและสำหรับN = 8โปรดดูการปูพื้นแบบแปดเหลี่ยม

สำหรับรูปหลายเหลี่ยมที่ไม่นูนนั้น ข้อจำกัดเรื่องจำนวนด้านจะน้อยกว่ามาก แม้ว่าจะอนุญาตให้มีรูปทรงเดียวก็ตาม

โพลีโอมีโนเป็นตัวอย่างของกระเบื้องที่มีทั้งแบบนูนและไม่นูน ซึ่งสามารถใช้การจัดเรียง การหมุน และการสะท้อนต่างๆ เพื่อปูระนาบได้ สำหรับผลลัพธ์เกี่ยวกับการปูระนาบด้วยโพลีโอมีโนโปรดดูที่ โพลีโอมีโน § การใช้โพลีโอมีโน

การปูพื้นแบบโวโรนอย

การปูพื้นแบบโวโรนอยซึ่งเซลล์ต่างๆ จะเป็นรูปหลายเหลี่ยมนูนเสมอ

การปูพื้นแบบ Voronoi หรือ Dirichletเป็นการปูพื้นโดยที่แต่ละช่องถูกกำหนดให้เป็นเซตของจุดที่อยู่ใกล้ที่สุดกับจุดใดจุดหนึ่งในเซตของจุดกำหนดแบบไม่ต่อเนื่อง (ลองนึกถึงภูมิภาคทางภูมิศาสตร์ที่แต่ละภูมิภาคถูกกำหนดให้เป็นจุดทั้งหมดที่อยู่ใกล้ที่สุดกับเมืองหรือที่ทำการไปรษณีย์ที่กำหนด) [ 53 ] [ 54 ]เซลล์Voronoiสำหรับแต่ละจุดกำหนดคือรูปหลายเหลี่ยมนูนการสร้างสามเหลี่ยม Delaunayเป็นการปูพื้นที่เป็นกราฟคู่ของการปูพื้นแบบ Voronoi การสร้างสามเหลี่ยม Delaunay มีประโยชน์ในการจำลองเชิงตัวเลข ส่วนหนึ่งเป็นเพราะในบรรดาการสร้างสามเหลี่ยมที่เป็นไปได้ทั้งหมดของจุดกำหนด การสร้างสามเหลี่ยม Delaunay จะเพิ่มค่าต่ำสุดของมุมที่เกิดจากขอบให้สูงสุด[ 55 ]การปูพื้นแบบ Voronoi ที่มีจุดวางแบบสุ่มสามารถใช้สร้างการปูพื้นแบบสุ่มของระนาบได้[ 56 ]

การเรียงตัวแบบเทสเซลเลชันในมิติที่สูงกว่า

การปูพื้นผิวสามมิติ (3-D): ทรงสิบสองเหลี่ยมขนมเปียกปูนเป็นหนึ่งในรูปทรงเรขาคณิตที่สามารถวางซ้อนกันเพื่อเติมเต็มพื้นที่ได้อย่างสมบูรณ์แบบ

การปูพื้นสามารถขยายไปสู่สามมิติได้รูปทรงหลายเหลี่ยม บางชนิด สามารถเรียงซ้อนกันในรูปแบบผลึก ปกติ เพื่อเติมเต็ม (หรือปู) พื้นที่สามมิติได้ รวมถึงลูกบาศก์ ( รูปทรงหลายเหลี่ยมเพลโตเพียงรูปเดียวที่ทำเช่นนั้นได้) รูปทรงสิบสองเหลี่ยมรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน รูปทรงแปดเหลี่ยมตัดยอด และ ปริซึมรูปสามเหลี่ยม สี่เหลี่ยม และหกเหลี่ยมเป็นต้น[ 57 ]รูปทรงหลายเหลี่ยมใดๆ ที่ตรงตามเกณฑ์นี้เรียกว่าเพลซิโอเฮดรอน และอาจมีหน้าตั้งแต่ 4 ถึง 38 หน้า[ 58 ] รูปทรงสิบ สองเหลี่ยมรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติพบได้ในรูปผลึกของแอนดราไดต์ ( การ์เนตชนิดหนึ่ง) และฟลูออไรต์[ 59 ] [ 60 ]

ภาพประกอบของปริซึมคู่แบบ Schmitt–Conway หรือที่เรียกว่ากระเบื้องแบบ Schmitt–Conway–Danzer

การเรียงตัวแบบเทสเซลเลชันในสามมิติหรือมากกว่านั้นเรียกว่ารังผึ้งในสามมิติจะมีรังผึ้งปกติเพียงรังเดียว ซึ่งมีลูกบาศก์แปดลูกอยู่ที่จุดยอดของรูปทรงหลายเหลี่ยมแต่ละจุด ในทำนองเดียวกัน ในสามมิติจะมีรังผึ้งกึ่งปกติ[ c ] เพียงรังเดียว ซึ่งมีทรงสี่เหลี่ยมแปด อัน และทรงแปด เหลี่ยมหก อันอยู่ที่จุดยอดของรูปทรงหลายเหลี่ยมแต่ละจุด อย่างไรก็ตาม มีรังผึ้งกึ่งปกติ ที่เป็นไปได้มากมาย ในสามมิติ[ 61 ]สามารถสร้างรังผึ้งแบบสม่ำเสมอได้โดยใช้ การสร้าง แบบWythoff [ 62 ]

ไบปริซึม Schmitt -Conwayเป็นรูปทรงหลายเหลี่ยมนูนที่มีคุณสมบัติในการปูพื้นที่แบบไม่เป็นคาบเท่านั้น[ 63 ]

สามเหลี่ยมSchwarzคือสามเหลี่ยมทรงกลมที่สามารถใช้ปูพื้นผิวทรงกลมได้[ 64 ]

การปูพื้นผิวในเรขาคณิตที่ไม่ใช่แบบยุคลิด

การปูพื้นแบบรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนสามเจ็ดเหลี่ยมในระนาบไฮเปอร์โบลิก มองเห็นได้จากการฉายภาพแบบจำลองดิสก์ของปวงกาเร
รังผึ้งทรงยี่สิบหน้า ปกติ{3,5,3}ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่รังผึ้งขนาดกะทัดรัดปกติในปริภูมิไฮเปอร์โบลิก 3 มิติ

เป็นไปได้ที่จะสร้างพื้นผิวแบบเทสเซลเลชันใน เรขาคณิต ที่ไม่ใช่แบบยุคลิดเช่นเรขาคณิตไฮเปอร์โบลิกการปูพื้นผิวแบบสม่ำเสมอในระนาบไฮเปอร์โบลิก (ซึ่งอาจเป็นแบบปกติ แบบกึ่งปกติ หรือแบบกึ่งปกติ) คือการเติมขอบต่อขอบของระนาบไฮเปอร์โบลิก โดยใช้ รูป หลายเหลี่ยมปกติเป็นหน้า ซึ่งรูปหลายเหลี่ยม เหล่านี้มีคุณสมบัติการถ่ายทอดจุดยอด ( ถ่ายทอดบนจุดยอด ) และเป็นรูปหลายเหลี่ยมไอโซโกนัล (มี การแมปไอ โซเมตรีที่แมปจุดยอดใดๆ ไปยังจุดยอดอื่นๆ) [ 65 ] [ 66 ]

รังผึ้งสม่ำเสมอในปริภูมิไฮเปอร์โบลิกคือการปูพื้นอย่างสม่ำเสมอของเซลล์ทรงหลายเหลี่ยมสม่ำเสมอ ในปริภูมิไฮเปอร์โบลิกสามมิติ (3 มิติ) มี กลุ่ม Coxeter เก้า กลุ่มของรังผึ้งนูนสม่ำเสมอขนาดกะทัดรัดซึ่งสร้างขึ้นเป็นโครงสร้าง Wythoffและแสดงโดยการเรียงสับเปลี่ยนของวงแหวนของแผนภาพ Coxeterสำหรับแต่ละกลุ่ม[ 67 ]

ในงานศิลปะ

แผ่นปูพื้น โมเสกแบบโรมันทำจากหิน กระเบื้อง และกระจก จากวิลลาแห่งหนึ่งใกล้เมืองแอนติโอคในซีเรียสมัยโรมัน คริสต์ศตวรรษที่ 2

ในงานสถาปัตยกรรม การปูกระเบื้องโมเสกถูกนำมาใช้เพื่อสร้างลวดลายตกแต่งมาตั้งแต่สมัยโบราณ กระเบื้อง โมเสกมักมีลวดลายเรขาคณิต[ 4 ]อารยธรรมในยุคต่อมายังใช้กระเบื้องขนาดใหญ่ขึ้น ไม่ว่าจะเป็นแบบเรียบหรือตกแต่งเป็นรายชิ้น กระเบื้องที่ตกแต่งสวยงามที่สุดบางส่วนคือ กระเบื้องผนัง แบบมัวร์ในสถาปัตยกรรมอิสลามโดยใช้ กระเบื้อง GirihและZelligeในอาคารต่างๆ เช่นอัลฮัมบรา[ 68 ]และลาเมซกีตา[ 69 ]

การปูพื้นด้วยรูปทรงเรขาคณิตปรากฏให้เห็นบ่อยครั้งในงานศิลปะกราฟิกของเอ็มซี เอสเชอร์เขาได้รับแรงบันดาลใจจากการใช้สมมาตรแบบมัวร์ในสถานที่ต่างๆ เช่น อัลฮัมบรา เมื่อเขาไปเยือนสเปนในปี 1936 [ 70 ] เอสเชอร์สร้าง ภาพวาด " ขีดจำกัดวงกลม " สี่ ภาพโดยใช้เรขาคณิตไฮเปอร์โบลิก [ 71 ] [ 72 ]สำหรับภาพพิมพ์ แกะไม้ "ขีดจำกัดวงกลม IV" (1960) เอสเชอร์ได้เตรียมภาพร่างด้วยดินสอและหมึกเพื่อแสดงเรขาคณิตที่ต้องการ[ 73 ]เอสเชอร์อธิบายว่า "ไม่มีส่วนประกอบใดๆ ในชุดทั้งหมด ซึ่งจากระยะไกลอย่างไม่มีที่สิ้นสุดพุ่งขึ้นเหมือนจรวดในแนวตั้งฉากจากขีดจำกัดและในที่สุดก็หายไปในนั้น ไปถึงเส้นขอบเขตเลย" [ 74 ]

ผ้าห่มปักลายที่มีลวดลายซ้ำๆ กัน

ลวดลายเทสเซลเลชันมักปรากฏบนสิ่งทอ ไม่ว่าจะเป็นแบบทอ เย็บ หรือพิมพ์ ลวดลายเทสเซลเลชันถูกนำมาใช้ในการออกแบบลวดลาย ประสานของรูปทรงแพท ช์ในผ้าห่ม[ 75 ] [ 76 ]

การเรียงตัวเป็นรูปทรงต่างๆ ยังเป็นประเภทหลักในศิลปะการพับกระดาษแบบโอริกามิโดยใช้การพับเพื่อเชื่อมต่อโมเลกุล เช่น การพับแบบบิด เข้าด้วยกันในลักษณะที่ซ้ำกัน[ 77 ]

ในภาคการผลิต

การเทสเซลเลชันถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตเพื่อลดการสูญเสียวัสดุ (การสูญเสียผลผลิต) เช่นแผ่นโลหะเมื่อตัดเป็นรูปทรงต่างๆ สำหรับวัตถุ เช่นประตูรถยนต์หรือกระป๋องเครื่องดื่ม[ 78 ]

การเรียงตัวเป็น รูปทรงคล้าย รอยแตก ของโคลนปรากฏให้เห็นในฟิล์มบาง[ 79 ] [ 80 ] โดยมี การสังเกตการจัดระเบียบตนเองในระดับหนึ่ง โดยใช้ เทคโนโลยีไมโครและนาโน[ 81 ]

ในธรรมชาติ

รังผึ้งเป็นโครงสร้างแบบเรียงตัวกันตามธรรมชาติ

รังผึ้งเป็นตัวอย่างที่รู้จักกันดีของการเรียงตัวแบบเทสเซลเลชันในธรรมชาติด้วยเซลล์รูปหกเหลี่ยม[ 82 ]

ในทางพฤกษศาสตร์ คำว่า "tessellate" หมายถึงรูปแบบลายตารางหมากรุก เช่น บนกลีบดอกไม้ เปลือกไม้ หรือผลไม้ ดอกไม้รวมถึงfritillary [ 83 ] และ Colchicumบางชนิดมีลักษณะเป็นลายตารางหมากรุก[ 84 ]

รูปแบบต่างๆ ในธรรมชาติจำนวนมากเกิดขึ้นจากรอยแตกในแผ่นวัสดุ รูปแบบเหล่านี้สามารถอธิบายได้ด้วยการปูพื้นแบบกิลเบิร์ต [ 85 ] หรือที่รู้จักกันใน ชื่อเครือข่ายรอยแตกแบบสุ่ม[ 86 ]การปูพื้นแบบกิลเบิร์ตเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับการก่อตัวของรอยแตกในโคลนผลึกรูปเข็มและโครงสร้างที่คล้ายกัน แบบจำลองนี้ตั้งชื่อตามเอ็ดการ์ กิลเบิร์ตช่วยให้รอยแตกก่อตัวขึ้นโดยเริ่มจากการกระจัดกระจายแบบสุ่มบนระนาบ รอยแตกแต่ละรอยจะแพร่กระจายไปในสองทิศทางตรงกันข้ามตามแนวเส้นที่ผ่านจุดเริ่มต้น โดยความชันของเส้นนั้นถูกเลือกแบบสุ่ม ทำให้เกิดการปูพื้นของรูปหลายเหลี่ยมนูนที่ไม่สม่ำเสมอ[ 87 ]การไหลของลาวาบะซอลต์ มักแสดงการแตกเป็นเสาอันเป็นผลมาจาก แรงหด ตัวที่ทำให้เกิดรอยแตกเมื่อลาวาเย็นตัวลง เครือข่ายรอยแตกที่กว้างขวางที่พัฒนาขึ้นมักจะสร้างเสาลาวารูปหกเหลี่ยม ตัวอย่างหนึ่งของเสาเหล่านี้คือGiant's Causewayในไอร์แลนด์เหนือ[ 88 ]ทางเดินปูหินแบบเทสเซลเลตซึ่งเป็นตัวอย่างลักษณะเฉพาะที่พบได้ที่Eaglehawk Neckบนคาบสมุทรแทสแมนของแทสเมเนียเป็นการก่อตัวของหินตะกอนที่หายากซึ่งหินแตกออกเป็นบล็อกสี่เหลี่ยม[ 89 ]

ลวดลายเทสเซลเลตในดอกโคลชิคัม

รูปแบบธรรมชาติอื่นๆ เกิดขึ้นในโฟม โฟมเหล่านี้ถูกจัดเรียงตามกฎของ Plateauซึ่งต้องการพื้นผิวขั้นต่ำโฟมดังกล่าวทำให้เกิดปัญหาในการจัดเรียงเซลล์ให้แน่นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในปี 1887 ลอร์ดเคลวินได้เสนอการจัดเรียงโดยใช้ของแข็งเพียงชนิดเดียว คือรังผึ้งลูกบาศก์แบบตัดสองด้านที่มีหน้าโค้งเล็กน้อย ในปี 1993 เดนิส แวร์ และโรเบิร์ต เฟแลน ได้เสนอโครงสร้างแวร์-เฟแลนซึ่งใช้พื้นที่ผิวในการแยกเซลล์ที่มีปริมาตรเท่ากันน้อยกว่าโฟมของเคลวิน[ 90 ]

ในปริศนาและคณิตศาสตร์เพื่อความบันเทิง

ปริศนาตัวต่อแทน แกรม แบบดั้งเดิม

การปูพื้นด้วยรูปทรงเรขาคณิตได้ก่อให้เกิดปริศนาการปูพื้น หลายประเภท ตั้งแต่ปริศนาจิ๊กซอว์ แบบดั้งเดิม (ที่มีชิ้นส่วนไม้หรือกระดาษแข็งที่ไม่สม่ำเสมอ) [ 91 ]และแทนแกรม[ 92 ]ไปจนถึงปริศนาสมัยใหม่ที่มักมีพื้นฐานทางคณิตศาสตร์ ตัวอย่างเช่นโพลีไอมอนด์และโพลีโอมีโนเป็นรูปทรงของสามเหลี่ยมและสี่เหลี่ยมจัตุรัสปกติ ซึ่งมักใช้ในปริศนาการปูพื้น[ 93 ] [ 94 ]นักเขียนเช่นHenry DudeneyและMartin Gardnerได้นำการปูพื้นด้วยรูปทรงเรขาคณิตมาใช้ในคณิตศาสตร์เพื่อความบันเทิง มากมาย ตัวอย่างเช่น Dudeney คิดค้น การแบ่งส่วน แบบบานพับ[ 95 ]ในขณะที่ Gardner เขียนเกี่ยวกับ " rep-tile " ซึ่งเป็นรูปทรงที่สามารถแบ่งออกเป็นสำเนาขนาดเล็กของรูปทรงเดียวกันได้[ 96 ] [ 97 ]ด้วยแรงบันดาลใจจากบทความของ Gardner ในScientific Americanนักคณิตศาสตร์สมัครเล่นMarjorie Riceได้ค้นพบการปูพื้นด้วยรูปทรงเรขาคณิตใหม่สี่แบบด้วยรูปห้าเหลี่ยม[ 98 ] [ 99 ]การปูสี่เหลี่ยมจัตุรัสเป็นปัญหาของการปูสี่เหลี่ยมจัตุรัสจำนวนเต็ม (สี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีด้านยาวเป็นจำนวนเต็ม) โดยใช้เฉพาะสี่เหลี่ยมจัตุรัสจำนวนเต็มอื่น ๆ เท่านั้น[ 100 ] [ 101 ]การขยายเพิ่มเติมคือการปูระนาบด้วยสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีขนาดเป็นจำนวนธรรมชาติทั้งหมดโดยไม่มีการซ้ำกัน เจมส์และเฟรเดอริก เฮนเลพิสูจน์แล้วว่าสิ่งนี้เป็นไปได้[ 102 ]

ตัวอย่าง

ดูเพิ่มเติม

เชิงอรรถอธิบาย

  1. ^ในทางคณิตศาสตร์ คำศัพท์ที่ใช้เรียกรูปทรงที่เหมือนกันคือ "congruent" – ส่วนในทางคณิตศาสตร์ "identical" หมายความว่าเป็นกระเบื้องแผ่นเดียวกัน
  2. ^โดยทั่วไปแล้ว กระเบื้องจะต้องมีลักษณะ ทางโทโพโลยีเหมือน กัน (เทียบเท่ากัน) กับดิสก์ปิดซึ่งหมายความว่ารูปร่างแปลกๆ ที่มีรู เส้นส่วนที่ห้อยลงมา หรือพื้นที่อนันต์จะถูกยกเว้น [ 18 ]
  3. ^ในบริบทนี้ คำว่า quasiregular หมายความว่า เซลล์มีรูปร่างปกติ (ทรงตัน) และรูปทรงจุดยอดมีรูปร่างกึ่งปกติ

แหล่งที่มา

  • Tegula (ซอฟต์แวร์โอเพนซอร์สสำหรับสำรวจการปูพื้นแบบสองมิติของระนาบ ทรงกลม และระนาบไฮเปอร์โบลิก; รวมถึงฐานข้อมูลที่มีรูปแบบการปูพื้นนับล้านแบบ)
  • Wolfram MathWorld: การปูพื้นผิว (มีเอกสารอ้างอิงที่ดี ภาพวาดแสดงการปูพื้นผิวแบบปกติ แบบกึ่งปกติ และแบบกึ่งปกติ)
  • Dirk Frettlöh และEdmund Harriss “ สารานุกรมการปูกระเบื้อง ” (ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับการปูกระเบื้องแบบทดแทน รวมถึงภาพวาด บุคคล และเอกสารอ้างอิง)
  • Tessellations.org ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม 2017 ที่Wayback Machine (คู่มือวิธีการ, แกลเลอรีภาพเทสเซลเลชันของเอสเชอร์, แกลเลอรีภาพเทสเซลเลชันของศิลปินท่านอื่น, แผนการสอน, ประวัติ)
  • เอปป์สไตน์, เดวิด . "ลานขยะเรขาคณิต: การปูพื้นแบบไฮเปอร์โบลิก "(รายชื่อแหล่งข้อมูลออนไลน์ รวมทั้งบทความและแกลเลอรี่ภาพ)
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tessellation&oldid=1354443750 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การเรียงตัวของรูปทรงเรขาคณิต

การ ปูพื้นด้วยรูปทรง เรขาคณิตหรือ การปู พื้นผิว ด้วยรูป ทรงเรขาคณิตคือการ ใช้ รูปทรงเรขาคณิตหนึ่งรูปหรือมากกว่านั้นเรียกว่ากระเบื้อง มาปูบนพื้นผิว ซึ่ง มัก จะเป็นระนาบ...

ประวัติศาสตร์

ชาวสุเมเรียน (ประมาณ 4000 ปีก่อนคริสตกาล) ใช้เทสเซลเลชันในการตกแต่งผนังอาคารโดยใช้ลวดลายของกระเบื้องดินเผา [ 1 ]

นิรุกติศาสตร์

ในภาษาละติน tessella คือชิ้นส่วนทรงลูกบาศก์ขนาดเล็กที่ทำจากดิน หิน หรือ แก้ว ใช้ สำหรับทำโมเสก [ 12 ] คำว่า "tessella" หมายถึง "สี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาดเล็ก" (จาก tessera ซึ่งหมายถึงสี่เหลี่ยมจัตุรัส ซึ่งมาจากคำภาษากรีก τέσσερα ที่แปลว่า สี่ ) สอดคล้องกับ คำว่า...

ภาพรวม

การปูพื้นสองมิติ หรือที่เรียกว่าการปูกระเบื้องระนาบ เป็นหัวข้อหนึ่งในเรขาคณิตที่ศึกษาว่ารูปทรงที่เรียกว่า กระเบื้อง สามารถจัดเรียงอย่างไรให้เต็มระนาบโดยไม่มีช่องว่าง ตามชุดกฎที่กำหนด กฎเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ กฎทั่วไปคือต้องไม่มีช่องว่างระหว่างกระเบื้อง...