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펜로즈 삼각형

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1. 개요

펜로즈 삼각형은 고체 물체처럼 보이지만 실제로는 유클리드 공간에서 실현될 수 없는 불가능한 도형이다. 정사각형 단면을 가진 세 개의 빔이 삼각형의 꼭짓점에서 직각으로 만나 형성된 것처럼 보이며, 특정 각도에서 볼 때 2차원 묘사와 동일하게 보이는 3차원 조형물로도 제작된다. 펜로즈 삼각형을 따라 선을 그리면 4-루프 뫼비우스 띠가 형성된다. 펜로즈 삼각형은 M.C. 에셔의 석판화 '폭포'에 묘사되었으며, 오스트레일리아 퍼스, 오스트리아 고추첸, 독일 바서부르크 암 인 등 여러 지역에 조형물로 제작되었다. 펜로즈 삼각형과 유사하게 정사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등 다른 정다각형을 이용하여 펜로즈 다각형을 만들 수 있다.

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펜로즈 삼각형
개요
펜로즈 삼각형의 예시
펜로즈 삼각형의 예시
종류불가능한 물체
다른 명칭펜로즈 삼각형
펜로즈 삼각봉
상세 정보
정의시각적으로는 3차원 물체처럼 보이지만, 실제로는 존재할 수 없는 도형
착시 원리3차원 공간에서의 투영으로 인해 착시가 발생함
관련 개념불가능한 도형
착시
창시자오스카르 로이터스베르트 (선구자)
대중화로저 펜로즈
특징3개의 모서리가 각각 직각으로 연결된 삼각형 형태를 띔
각 모서리는 입체적인 사각 기둥처럼 보임
전체적으로는 닫힌 삼각형 형태를 이루지만, 실제로는 3차원 공간에서 연결될 수 없음
활용
예술M. C. 에셔의 작품 "폭포"와 "오르막과 내리막" 등
건축불가능한 건축 구조물의 표현
디자인착시 효과를 활용한 디자인 요소
기타
참고 문헌Pappas (1989)
Brorub (2013)
Zeng, Xu, Yang & Li (2021)
Ernst (2012)
Penrose & Penrose (1958)

2. 특징

착시 현상을 보여주는 회전하는 펜로즈 삼각형 모형. 착시 현상이 일어나는 순간, 보라색 면 두 개가 (하나는 부분적으로 가려져 있음) 직각으로 연결된 것처럼 보이지만, 실제로는 이들은 평행한 면이며 부분적으로 가려진 면은 외부가 아닌 내부 면이다.


펜로즈 삼각형은 정사각형 단면을 가진 세 개의 직선 빔이 삼각형의 꼭짓점에서 쌍으로 직각으로 만나 형성되는 것처럼 보이는 고체 물체이다. 이 빔들은 잘려져서 정육면체 또는 직육면체를 형성할 수 있다.

이러한 속성의 조합은 일반적인 유클리드 공간에서는 3차원 물체로 실현될 수 없다. 그러나 이러한 물체는 특정 유클리드 3-다양체에서 존재할 수 있다.[1] 또한, 특정 각도에서 볼 때 이 페이지의 펜로즈 삼각형의 2차원 묘사와 동일하게 보이는 3차원 고체 모양이 존재한다 (예: 오스트레일리아 퍼스에 있는 조각상). "펜로즈 삼각형"이라는 용어는 2차원 묘사 또는 불가능한 물체 자체를 지칭할 수 있다.

펜로즈 삼각형을 따라 선을 그리면 4-루프 뫼비우스 띠가 형성된다.[4]

3. 묘사

M.C. 에셔의 석판화 폭포(1961)는 두 개의 길쭉한 펜로즈 삼각형을 활용하여, 시작점보다 높은 곳에서 끝나는 수로를 묘사하고 있다. 폭포는 물레방아를 돌리는데, 에셔는 물레방아를 계속 돌리기 위해서는 때때로 증발을 보충하기 위해 물을 추가해야 한다고 설명한다.[2]

로이터스바르드 삼각 환영의 3D 프린팅 버전


펜로즈 삼각형은 2차원 그림뿐만 아니라, 특정 각도에서 볼 때 펜로즈 삼각형으로 보이는 3차원 조형물로도 제작된다. 펜로즈 삼각형의 면을 따라가면 4중의 뫼비우스의 띠가 된다.[4]

3. 1. 조형물

오스트리아 고추첸에 있는 불가능한 삼각 기둥 조형물

4. 다른 펜로즈 다각형

펜로즈 삼각형과 유사하게, 정사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등 다른 정다각형을 이용하여 펜로즈 다각형을 만들 수 있다. 그러나 각이 증가함에 따라 단순히 굽어 있거나 비틀려 보이는 경향이 있다.

펜로즈의 정사각형


펜로즈의 오각형


펜로즈의 육각형


펜로즈의 팔각형

참조

[1] 간행물 Maple in Mathematics Education and Research: 4th Maple Conference, MC 2020, Waterloo, Ontario, Canada, November 2–6, 2020, Revised Selected Papers Springer International Publishing
[2] 서적 M. C. Escher: The Graphic Work Taschen
[3] 서적 A topological picturebook Springer
[4] 서적 별책 사이언스/수학 게임Ⅲ 일본경제신문사



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