In dieser Arbeit geben wir eine Einführung in das Diskrete Äußere Kalkül (engl.: Discrete Exterior Calculus, kurz: DEC), das sich mit der Diskretisierung von Differentialformen und -operatoren beschäftigt. Wir beschränken uns hierbei auf zweidimensionalen orientierten kompakten Riemannschen Mannigfaltigkeiten und zeigen auf, wie diese als wohlzentrierte Simplizialkomplexe zu approximieren sind. Dabei beschreiben wir die Implementierung der Methode und testen diese an Beispielen, wie Helmholtz-artige PDEs und die Berechnung von in- und extrinsischen Krümmungsgrößen.

In der vorliegenden Arbeit werden Geradenkongruenzen des projektiv abgeschlossenen dreidimensionalen euklidischen Raumes differentialgeometrisch untersucht. Nach J. PLÜCKER lassen sich Geraden in gleicher Weise als Grundelemente eines Geradenraumes auffassen wie die Punkte in einem Punktraum. Unter Beachtung dieser Überlegung scheint eine "natürliche" Behandlung der Geradenkongruenzen interessant und sinnvoll. Sie bildet den Gegenstand der vorliegenden Dissertation. Ein besonderes Augenmerk richtet sich dabei auf die Frage nach "kleinsten" Geradenkongruenzen ("Minimalkongruenzen") in der Geradenmenge des reellen projektiv abgeschlossenen dreidimensionalen euklidischen Raumes. Dahinter verbirgt sich eine gewisse Analogiebildung in der Liniengeometrie, die der klassischen Differentialgeometrie entstammt. Die Geradenkongruenzen bilden hierbei das liniengeometrische Analogon zu den Flächen des dreidimensionalen (Punkt-)Raumes. Das Wort "Kleinste" stellt im Geradenraum einen Bezug zu den Minimalflächen in der Differentialgeometrie her. Nun gestatten diese Fragestellungen in der Liniengeometrie eine anschauliche Interpretation, sobald man ein Punktmodell des Geradenraumes vorliegen hat. Einparametrige Geradenmannigfaltigkeiten (Regelflächen) lassen sich darin als Kurven und Geradenkongruenzen als zweidimensionale Flächen auffassen. Die vierparametrige Geradenmenge des reellen projektiven dreidimensionalen Raumes ist in diesem Modell eine Quadrik vom Index 2 in einem reellen projektiven fünfdimensionalen Raum, die so genannte KLEINsche Hyperquadrik. Der Modellwechsel wird durch die KLEINsche Abbildung vollzogen. / In the available work line congruences of the projectively extended three-dimensional euclidean space will be analysed. Following to J. PLÜCKER lines can be seen as basic elements of an line space like in the same way points in a point-space. Taking this fact in consideration a "natural" handling with line congruences might be interesting and reasonable. A special detail in the thesis is the question to minimal congruences in the set of lines of the projectively extended euclidean three-space. It can also be seen as an analogous problem in the geometry of lines which can be find in the differential geometry of surfaces. In this case the line congruences are similar to the surfaces of the three-dimensional (point-)space. The phrase "minimal" means in the line space the connection to the minimal surfaces in the differential geometry. These questions offer in line geometry demonstrative interpretation possibilities if a point-model in the line space exists. One-parameter manifolds of lines (rule surfaces) can be seen in this ambiance as curves and line congruences as two dimensional surfaces. The four-parametric set of lines in the projectively extended three-dimensional euclidian space is in this model a quadric of the index 2 in a real projective five-dimensional space, the so called KLEIN-quadric. The changing of the model is managed by the KLEIN-mapping.

Das Ziel der Arbeit besteht darin, einen Beitrag zur Entwicklung der kombinatorischen Integralgeometrie zu leisten. In der Arbeit werden Bewertungen (Valuation) in den Räumen der Geraden und Ebenen im $\R^3$ betrachtet, die von Flagfunktionen abhängen. Unter geeigneten Glattheitsvoraussetzungen an die Flagfunktionen werden notwendige und hinreichende Bedingungen gegeben, die die Fortsetzung der entsprechender Bewertung zu einem signierten Maß sichern. Diese integralgeometrischen Untersuchungen führten zu einer Anzahl von interessanten Ergebnissen, speziell bei der Beschreibung von Metriken im Sinne von Hilberts viertem Problem.

If we consider ruled surfaces of the projective 3-space as a one parameter family of lines, then they appear in the well-known KLEIN-model of lines in the projective 3-space as curves of a hyperquadric in the projective 5-space. The osculating spaces of such a curve are represented in the projective 3-space by spaces of linear complexes. Those points of a generator e of the ruled surface, in which the tangent bundles are in the same time complex line bundles in the accompanying osculating line complex of the ruled surface along e, are called the LIE-points of e. The LIE-points fulfil two (real or imaginary conjugate) curves on the ruled surface called the LIE-curves. The support of the osculating-3-space of the ruled surface along a regular non-torsal generator e are two, one or zero straight lines in the osculating regulus. If thes straight lines exist, one calls them the flecnode tangents of the ruled surface. On a hyperbolic ruled surface build the points of contact of the flecnode tangents two projective distinguished curves called the flecnode curves. In this work we present the different methods of treating these curves in the history, and we give a new explicit calculation of the flecnode points and the LIE-points depending on the basis of a PLÜCKER-coordinates representation of the ruled surface. In addition we study the questions that appears by considering the LIE-curves of a ruled surface to form a pair of BERTRAND curves for which this ruled surface is the surface of common main normals. For example, the question about ruled surfaces, whose LIE-curves are orthogonal to the generators will be answered here. / Regelflächen des projektiven 3-Raums erscheinen, als (eindimensionalen) Geradenmengen aufgefasst, im bekannten KLEINschen Punktmodell der Geradenmenge vom projektiven 3-Raum als Kurven einer Hyperquadrik in einem projektiven 5-Raum. Die Schmiegräume einer solchen Kurve werden im projektiven 3-Raum durch Räume linearer Komplexe repräsentiert. Diejenigen Punkte einer Erzeugende e der Regelfläche, in denen die Tangentenbüschel gleichzeitig auch Komplexgeradenbüschel im begleitenden Schmiegkomplex von e sind, heißen LIE-Punkte von e. Die LIE-Punkte erfüllen zwei (reelle oder konjugiert imaginäre) Kurvenzüge auf der Regelfläche, die LIE-Kurven. Die Träger des Schmieg-3-Raums der Regelfläche längs einer reguläre nichttorsalen Erzeugende e sind zwei, eine oder null Geraden im Schmiegregulus. Sofern diese Geraden existieren, nennt man sie die Fleknodaltangenten der Regelfläche. Auf hyperbolischen Regelflächen bilden die Berührpunkte der Fleknodaltangenten zwei projektiv ausgezeichnete Kurven, die Fleknodalkurven. In der vorliegenden Arbeit stellen wir die unterschiedlichen Behandelungen diesen ausgezeichneten Kurven in der Geschichte dar, und geben wir eine neue explizite Berechnung von den Fleknodal- bzw. LIE-Punkte auf der Basis einer PLÜCKER-Koordinaten-Darstellung der Regelfläche. Außerdem untersuchen wir die Fragestellungen, die man bekommt, wenn man versucht, dass das paarweise auftreten der LIE-Kurven irgendwie in Analogie zum klassischen euklidischen BERTRAND-Kurvenpaar zu stellen. Z.B. lässt sich die Frage nach Regelflächen, deren LIE-Kurven Orthogonaltrajektorien der Erzeugenden sind, hier beantwortet.

In a Minkowski three dimensional space, whose metric is based on a strictly convex and centrally symmetric unit ball , we deal with ruled surfaces Φ in the sense of E. Kruppa. This means that we have to look for Minkowski analogues of the classical differential invariants of ruled surfaces in a Euclidean space. Here, at first – after an introduction to concepts of a Minkowski space, like semi-orthogonalities and a semi-inner-product based on the so-called cosine-Minkowski function - we construct an orthogonal 3D moving frame using Birkhoff’s left-orthogonality. This moving frame is canonically connected to ruled surfaces: beginning with the generator direction and the asymptotic plane of this generator g we complete this flag to a frame using the left-orthogonality defined by ; ( is described either by its supporting function or a parameter representation). The plane left-orthogonal to the asymptotic plane through generator g(t) is called Minkowski central plane and touches Φ in the striction point s(t) of g(t). Thus the moving frame defines the Minkowski striction curve S of the considered ruled surface Φ similar to the Euclidean case. The coefficients occurring in the Minkowski analogues to Frenet-Serret formulae of the moving frame of Φ in a Minkowski space are called “M-curvatures” and “M-torsions”. Here we essentially make use of the semi-inner product and the sine-Minkowski and cosine-Minkowski functions. Furthermore we define a covariant differentiation in a Minkowski 3-space using a new vector called “deformation vector” and locally measuring the deviation of the Minkowski space from a Euclidean space. With this covariant differentiation it is possible to declare an “M-geodesicc parallelity” and to show that the vector field of the generators of a skew ruled surface Φ is an M-geodesic parallel field along its Minkowski striction curve s. Finally we also define the Pirondini set of ruled surfaces to a given surface Φ. The surfaces of such a set have the M-striction curve and the strip of M-central planes in common