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本文主要研究平面Tiling的两种重要类型: Normal Tiling和自仿Tiling.平面Tiling是平面的一种无缝隙无重叠覆盖,作为一类特殊的几何对象,两个最基本的问题就是怎样的Tile可以生成Tiling,以及对于某些形状用什么方式才能拼接成一个Tiling.因此我们的工作重点就集中在甲面Tiling的局部拓扑结构和全局组合性质两个方面.为了文章结构的清晰明了,本文分为四章.
第一章,绪论,主要介绍Tiling研究的历史和实际背景,并对研究现状的各个方面进行简要的综述.
第二章,准备知识.为了使论文尽量完备,简单介绍了本文涉及到的关于拓扑学,分形几何,以及图论的基本知识.
第三章,考虑的对象是Normal Tiling.Normal Tiling是Tiling研究的重要内容,它是被人们称为“well—behaved” Tiling的一种.无论是对于其中的单个Tile,还是整个Tiling的全局形态,它都具备一些好的性质.对于它的定义,将尽量的排除掉那些所谓的奇异现象,在各种Tiling研究的过程中扮演了及其重要的角色.我们先得到了Normal Tiling的局部有限性,又证明了Normal Tiling的近邻图是平面图.然后,我们在一些得到的基本性质的基础上,引进近邻图作为工具,使用纯组合的方法,证明了Grünbaum提出的六近邻定理.这个定理指出,Normal Tiling中总包含无数多个至多拥有6个近邻的Tile.这一点在一定程度上,有力地揭示了Normal Tiling全局性态的本质,对其他类型Tiling的组合分类也至关重要.另外,我们也给出了一个六邻居定理,它指出每一个Normal Tiling都包含无数多个至少拥有6个邻居的Tile.对于这个定理的证明,采用了顶点一致化的技巧,进一步刻划了Tile的周边结构.为了更深入地刻划这两个定理,相对密度的概念被第一次提出.我们还证明了相对密度的位置形状不变性,得到了Normal Tiling中某些属性Tile的相对密度的下界,这一点反映了这些Tile随着Patch变化的急速增长.作为六近邻定理的一个应用,我们把甲面晶体群Tiling中的pm-Tiling作为一个例子,证明了pm-Tiling的近邻图只能是3连通,4连通或者5连通.并在此基础上,给出了它们的图示和顶点价型分类.最后,我们讨论了Normal Tiling的邻居系的结构,使用拓扑图给出了仅有的两种局部近邻图模式,从而在一定程度上回答了Griinbaum的一个公开问题.第四章,讨论自仿Tiling.自仿Tiling在小波分析和数论等数学分支中有着重要的应用.自仿Tile一般是由一个适当的迭代函数系统(IFS)生成的吸引子,往往具有某些分形结构,而且它们的Tiling方式也具备某些良好的代数性质.现有的文献一般都考虑整自仿Tiling,往往可以使用代数运算的方法,简化研究问题的步骤.而本文则不同,主要研究由带有一个实参数的Digit集生成的自仿Tiling,由于现有的代数方法难以奏效,所以我们使用拓扑的手段,试图探索当参数在实数域内变化时,Tile的拓扑结构和Tiling方式如何变化.我们采用Hata的结果,给出了这一类实自仿Tile连通的充要条件.我们用纯拓扑的方法证明了Kenyon和Lagarias的内部定理,并使用它断言这个实参数IFS的吸引子总是包含非空的内部,进而它总是一块Tile,并且总包含坐标原点.这为后面证明Tiling的自复制性奠定了基础.我们又考虑了Tile的边界,采用分解法证明了边界的Hausdorff维数在Tile连通时等于1,而它的1维Hausdorff测度却总是无穷大.另外,我们发现这一类实自仿Tiling不一定是周期的,但它却总是自复制的.我们又证明了实参数的有理性决定了Tiling的局部有限性.加之它固有的局部同构性,一个实参数Tiling具备拟周期性的充要条件被给出.