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/ NetNews Usenet Archive 1992 #20 / NN_1992_20.iso / spool / sci / math / 11313 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-09-12  |  3.5 KB

  1. Path: sparky!uunet!usc!zaphod.mps.ohio-state.edu!uwm.edu!rutgers!ub!acsu.buffalo.edu!kriman
  2. From: kriman@acsu.buffalo.edu (Alfred M. Kriman)
  3. Newsgroups: sci.math
  4. Subject: Re: Tiling sphere by triangles (Re: 3 space terahedron-packing)
  5. Message-ID: <BuGKn5.Lnt@acsu.buffalo.edu>
  6. Date: 12 Sep 92 09:21:04 GMT
  7. References: <f#tng3h.spworley@netcom.com> <1992Sep11.182727.28044@nntp.uoregon.edu>
  8. Sender: nntp@acsu.buffalo.edu
  9. Organization: UB
  10. Lines: 57
  11. Nntp-Posting-Host: lictor.acsu.buffalo.edu
  12.  
  13. In article <1992Sep11.182727.28044@nntp.uoregon.edu>
  14. goodman@bright.uoregon.edu (Albert Goodman) notes the tetrahedron question of:
  15.  spworley@netcom.com (Steven)
  16.  in article <f#tng3h.spworley@netcom.com>,
  17. and asks:
  18. >
  19. >Instead of 3-space, consider the surface of a sphere (such as [an
  20. >approximation to] the surface of the earth), and suppose we want to
  21. >find a tiling or "grid" of triangles which divide up the surface of
  22. >the sphere into many small pieces all of the same area (and preferably
  23. >all the same shape, i.e. congruent triangles).  (Actually the original
  24.                                    ^
  25.                                    |__ (spherical)
  26. >question didn't have to use triangles, just some constant shape, but
  27. >triangles seems perhaps a nice choice; trying to use squares, as would
  28. >be the obvious solution on a flat surface, doesn't seem to work on the
  29. >sphere to get all of the same area.)
  30.  
  31. Suggestion:
  32.    Project a (concentric) platonic solid onto the sphere.
  33. That gives you three nice tilings by spherical triangles (from 4-, 8- and
  34. 20-gons).  Go with the octohedron; the algorithm for determining which
  35. triangle encloses an arbitrary point is obvious and easy, if you aren't
  36. using a masochistic coordinatization of the sphere.
  37.    The tetrahedron is also fairly easy.  If you prefer the icosahedron,
  38. I suggest using the symmetry group of the icosahedron to simplify the
  39. search.  Rather than storing the descriptions of 30 edges, which lie on
  40. 15 (?) great circles, store the rotations that transform those great
  41. circles into meridians (i.e., curves of constant azimuthal angle) or
  42. the equator, so the comparison is easier.
  43.  
  44.    If all vertices are required to be equivalent, then there are no tilings
  45. of the sphere by congruent regular spherical polygons, other than those
  46. induced by the platonic solids, because such tilings are in one-to-one
  47. correspondence with the regular polyhedra.
  48.    To get the map from the spherical tilings to the platonic solids,
  49. connect vertices on the sphere with chords wherever an edge is present
  50. in the tiling.  The chords corresponding to the edges of a particular
  51. regular spherical polygon are coplanar, and define faces of the regular
  52. polyhedron.
  53.  
  54.    It may provide insight into the problem to recognize that regular
  55. spherical polygons of different sizes cannot be congruent.  The reason
  56. is that a length scale (the radius of curvature) appears in the metric,
  57. so, roughly speaking, the lengths of a polygon are not homogeneous
  58. functions of the coordinates.  Crudely, if all coordinate values are
  59. scaled by some factor s, not all lengths are scaled exactly by a factor
  60. s.
  61.    More specifically, the sum of the exterior angles of a spherical
  62. triangle (in radians) is pi plus the angular area of the triangle (in
  63. steradians).
  64.    The relevance of these random facts is that once you have, say, a
  65. tiling of the sphere by 8 regular triangles (with _three_ 90 deg.
  66. angles), it is not possible to construct a new tiling by 8 x 4
  67. congruent triangles, as you would in the plane by bisecting each
  68. equilateral triangle's edges to form vertices for four new half-size
  69. triangles.
  70.