Wendelfläche

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Ausschnitt einer Wendelfläche für

Die Wendelfläche oder Helikoide ist eine Fläche aus dem mathematischen Teilgebiet der Differentialgeometrie. Sie ist neben der Ebene die einzige einfach zusammenhängende Minimalfläche im 3-dimensionalen euklidischen Raum.

Parametrisierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ein Ausschnitt der Wendelfläche zum Parameter . Der Ausschnitt zeigt den Teil für und .

Für eine fest gewählte Konstante parametrisiert man die Wendelfläche durch

,

wobei und alle reellen Werte annehmen, also von bis laufen.

Minimalfläche[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Hauptkrümmungen der Wendelfläche in dem den Parametern entsprechenden Punkt sind und , die mittlere Krümmung ist also in jedem Punkt Null, die Wendelfläche ist eine Minimalfläche.

Topologisch ist sie homöomorph zur Ebene.

Lokal ist sie isometrisch zur Katenoide, sie ist aber nicht zu dieser homöomorph.

Sie ist eine Regelfläche und eine Schraubfläche.

Praktische und wissenschaftliche Bedeutung – Chiralität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Natur in der Architektur und in der Chemie gibt es zahlreiche Anwendungsbereiche für Wendelflächen. Dabei spielt die Drehrichtung (Chiralität) auch eine Rolle.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Helikoide wurde im 18. Jahrhundert von Euler und Meusnier beschrieben. Catalan bewies 1842, dass sie neben der Ebene die einzige minimale Regelfläche ist. Meeks und Rosenberg bewiesen 2005 (aufbauend auf Ungleichungen von Colding-Minicozzi), dass es nur 2 Arten von einfach zusammenhängenden Minimalflächen im gibt: die Ebene und die Helikoide.[1][2] Für von Null verschiedenes topologisches Geschlecht fanden sich durch David Allen Hoffman und Kollegen in den 1990er Jahren aber weitere Beispiele, die aus der Helicoide hervorgingen. Der Beweis, dass sie für Genus 1 eine vollständige einbettbare Minimalfläche bilden erbrachten Hoffman, Michael Wolf und Matthias Weber 2009[3](davor war dies außer für den Fall des Geschlechts 0 nur für den Fall unendlichen Geschlechts bewiesen).

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. William H. Meeks, Harold Rosenberg (2005). The uniqueness of the helicoid. Annals of Mathematics (2), 161 (2), 727-758 doi:10.4007/annals.2005.161.727
  2. Tobias H. Colding, William P. Minicozzi (2004). The space of embedded minimal surfaces of fixed genus in a 3-manifold. IV. Locally simply connected. Annals of Mathematics (2), 160 (2), 573-615 doi:10.4007/annals.2004.160.573
  3. David Allen Hoffman, Matthias Weber, Michael Wolf: An embedded genus-one helicoid, Annals of Mathematics, Band 169, 2009, S. 347-448 (und Proc. Nat. Acad. USA, Band 102, 2005, S. 16566-16568)

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Helicoids – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
  • Helicoid: Sammlung von Bildern und Animationen (Matthias Weber, Indiana University)