Символ Шлефли - Schläfli symbol - Wikipedia
В геометрия, то Символ Шлефли является обозначением вида {п,q,р, ...} который определяет правильные многогранники и мозаики.
Символ Шлефли назван в честь швейцарского математика XIX века. Людвиг Шлефли,[1]:143 кто обобщил Евклидова геометрия к более чем трех измерениям и обнаружил все их выпуклые правильные многогранники, включая шесть, которые встречаются в четырех измерениях.
Определение
Символ Шлефли - это рекурсивный описание,[1]:129 начиная с {п} для п-сторонний правильный многоугольник то есть выпуклый. Например, {3} - это равносторонний треугольник, {4} - это квадрат, {5} выпуклый правильный пятиугольник и так далее.
Обычный звездные многоугольники не являются выпуклыми, и их символы Шлефли {п/q} содержать неприводимые дроби п/q, куда п - количество вершин, а q является их номер поворота. Эквивалентно, {п/q} создается из вершин {п}, подключены каждые q. Например, {5⁄2} это пентаграмма; {5⁄1} это пятиугольник.
А правильный многогранник который имеет q обычный п-сторонний многоугольники вокруг каждого вершина представлен {п,q}. Например, куб имеет 3 квадрата вокруг каждой вершины и представлен как {4,3}.
Обычный 4-мерный многогранник, с р {п,q} обычный многогранные клетки вокруг каждого края представлен {п,q,р}. Например, тессеракт, {4,3,3}, имеет 3 кубики, {4,3}, по краю.
В целом правильный многогранник {п,q,р,...,у,z} имеет z {п,q,р,...,у} грани вокруг каждого вершина горы, где пик - это вершина в многограннике, ребро в 4-многограннике, лицо в 5-многограннике клетка в 6-многограннике и (п-3) -лицо в п-полигон.
Характеристики
Правильный многогранник имеет правильный вершина фигуры. Вершинная фигура правильного многогранника {п,q,р,...,у,z} является {q,р,...,у,z}.
Правильные многогранники могут иметь звездный многоугольник элементы, такие как пентаграмма, с символом {5⁄2}, представленные вершинами пятиугольник но подключал поочередно.
Символ Шлефли может представлять конечное выпуклый многогранник, бесконечный мозаика из Евклидово пространство, или бесконечная мозаика гиперболическое пространство, в зависимости от угловой дефект строительства. Положительный угловой дефект позволяет фигуре вершины складывать в более высокое измерение и возвращается в себя как многогранник. Дефект с нулевым углом разбивает пространство мозаикой того же размера, что и фасеты. Дефект с отрицательным углом не может существовать в обычном пространстве, но может быть построен в гиперболическом пространстве.
Обычно фасет или вершина считается конечным многогранником, но иногда сама может рассматриваться как мозаика.
Правильный многогранник также имеет двойственный многогранник в лице Символ Шлефли элементы в обратном порядке. Автодуальный регулярный многогранник будет иметь симметричный символ Шлефли.
Помимо описания евклидовых многогранников, символы Шлефли могут использоваться для описания сферических многогранников или сферических сот.[1]:138
История и вариации
Работы Шлефли при его жизни были почти неизвестны, а его система обозначений для описания многогранников была переоткрыта независимо несколькими другими авторами. Особенно, Торольд Госсет заново открыл символ Шлефли, который он написал как | п | q | р | ... | z | а не скобками и запятыми, как это сделал Шлефли.[1]:144
Форма Госсета имеет большую симметрию, поэтому количество измерений - это количество вертикальных полос, а символ в точности включает подсимволы для фигуры фасета и вершины. Госсет считает | п как оператор, который можно применить к | q | ... | z | создать многогранник с п-угольные грани, вершина которых равна | q | ... | z |.
Случаи
Группы симметрии
Символы Шлефли тесно связаны с (конечным) отражение группы симметрии, которые точно соответствуют конечным Группы Кокстера и указываются с теми же индексами, но вместо квадратных скобок [п,q,р, ...]. Такие группы часто называют правильными многогранниками, которые они порождают. Например, [3,3] - это группа Кокстера для рефлексивных тетраэдрическая симметрия, [3,4] является отражающим октаэдрическая симметрия, а [3,5] является отражающим икосаэдрическая симметрия.
Правильные многоугольники (плоскость)
Символ Шлефли (выпуклой) правильный многоугольник с п ребра {п}. Например, обычный пятиугольник представлен {5}.
Для (невыпуклого) звездные многоугольники, конструктивное обозначение {п⁄q}, где п - количество вершин и q - 1 - количество пропущенных вершин при рисовании каждого ребра звезды. Например, {5⁄2} представляет пентаграмма.
Правильные многогранники (3 измерения)
Символ Шлефли на регулярной многогранник является {п,q} если это лица находятся п-угольники, и каждая вершина окружена q лица ( вершина фигуры это q-гон).
Например, {5,3} - это обычный додекаэдр. Он имеет пятиугольные (5 ребер) грани и по 3 пятиугольника вокруг каждой вершины.
Увидеть 5 выпуклых Платоновы тела, 4 невыпуклые Многогранники Кеплера-Пуансо.
Топологически регулярный двумерный мозаика можно рассматривать как аналог (3-мерного) многогранника, но такой, что угловой дефект равно нулю. Таким образом, символы Шлефли можно определить и для регулярных мозаика из Евклидово или же гиперболический пространство аналогично многогранникам. Аналогия верна и для более высоких измерений.
Например, шестиугольная черепица представлен {6,3}.
Правильные 4-многогранники (4 измерения)
Символ Шлефли на регулярной 4-многогранник имеет вид {п,q,р}. Его (двумерные) грани правильные. п-gons ({п}) клетки - правильные многогранники типа {п,q} фигуры вершин - правильные многогранники типа {q,р}, а фигуры ребер - правильные р-gons (type {р}).
Увидеть шесть выпуклый правильный и 10 правильные звездные 4-многогранники.
Например, 120 ячеек представлен {5,3,3}. Это сделано из додекаэдр ячеек {5,3} и имеет по 3 ячейки по каждому краю.
Существует одна регулярная мозаика евклидова 3-мерного пространства: кубические соты, с символом Шлефли {4,3,4}, состоящим из кубических ячеек и 4 кубов вокруг каждого края.
Есть также 4 обычных компактных гиперболических мозаики, включая {5,3,4}, гиперболические мелкие додекаэдрические соты, который заполняет пространство додекаэдр клетки.
Обычный п-политопы (высшие измерения)
Для многомерных правильные многогранники, символ Шлефли рекурсивно определяется как {п1, п2,...,пп − 1} если грани имеют символ Шлефли {п1,п2,...,пп − 2} и фигуры вершин имеют символ Шлефли {п2,п3,...,пп − 1}.
Вершинная фигура грани многогранника и грань вершинной фигуры одного и того же многогранника одинаковы: {п2,п3,...,пп − 2}.
Есть только 3 правильных многогранника в пяти измерениях и выше: симплекс, {3,3,3, ..., 3}; то кросс-многогранник, {3,3, ..., 3,4}; и гиперкуб, {4,3,3, ..., 3}. Не существует невыпуклых правильных многогранников выше четырех измерений.
Двойные многогранники
Если многогранник размерности n ≥ 2 имеет символ Шлефли {п1,п2, ..., пп − 1} тогда его двойной имеет символ Шлефли {пп − 1, ..., п2,п1}.
Если последовательность палиндромный, т.е. одинаково вперед и назад, многогранник самодвойственный. Каждый двумерный правильный многогранник (многоугольник) самодвойственен.
Призматические многогранники
Однородные призматические многогранники можно определить и назвать как Декартово произведение (с оператором "×") регулярных многогранников меньшей размерности.
- В 0D точка представлен (). Его Диаграмма Кокстера пусто. Его Обозначение Кокстера симметрия] [.
- В 1D отрезок представлен {}. Его Диаграмма Кокстера является . Его симметрия [].
- В 2D прямоугольник представлен как {} × {}. Его Диаграмма Кокстера является . Его симметрия [2].
- В 3D п-гональный призма представлен как {} × {п}. Его диаграмма Кокстера имеет вид . Его симметрия [2,п].
- В 4D униформа {п,q} -гранная призма представлена как {} × {п,q}. Его диаграмма Кокстера имеет вид . Его симметрия [2,п,q].
- В 4D униформа п-q дуопризма представлен как {п} × {q}. Его диаграмма Кокстера имеет вид . Его симметрия [п,2,q].
Призматические двойники или бипирамиды могут быть представлены как составные символы, но с добавление оператор "+".
- В 2D ромб представлен как {} + {}. Его диаграмма Кокстера имеет вид . Его симметрия [2].
- В 3D п-гональная бипирамида, представлена как {} + {п}. Его диаграмма Кокстера имеет вид . Его симметрия [2,п].
- В 4D {п,q} -эдральная бипирамида представлена как {} + {п,q}. Его диаграмма Кокстера имеет вид . Его симметрия [п,q].
- В 4D п-q дуопирамида представлен как {п} + {q}. Его диаграмма Кокстера имеет вид . Его симметрия [п,2,q].
Пирамидальные многогранники, содержащие ортогонально смещенные вершины, можно представить с помощью оператора соединения «∨». Каждая пара вершин между соединенными фигурами соединена ребрами.
В 2D равнобедренный треугольник можно представить как () ∨ {} = () ∨ [() ∨ ()].
В 3D:
- А дигональный дисфеноид можно представить как {} ∨ {} = [() ∨ ()] ∨ [() ∨ ()].
- А p-угольная пирамида представлен как () ∨ {п}.
В 4D:
- А p-q-эдральная пирамида представлен как () ∨ {п,q}.
- А 5-элементный представляется как () ∨ [() ∨ {3}] или [() ∨ ()] ∨ {3} = {} ∨ {3}.
- Квадратная пирамидальная пирамида представлена как () ∨ [() ∨ {4}] или [() ∨ ()] ∨ {4} = {} ∨ {4}.
При смешивании операторов порядок действий от высшего к низшему - ×, +, ∨.
Осевые многогранники, содержащие вершины на параллельных смещенных гиперплоскостях, могут быть представлены символом || оператор. Равномерная призма {п}||{п} и антипризма {п}||р{п}.
Расширение символов Шлефли
Многоугольники и мозаики кругов
Усеченный правильный многоугольник удваивается по сторонам. Правильный многоугольник с четными сторонами можно разделить пополам. Измененный четный правильный 2n-угольник порождает звездная фигура соединение, 2 {n}.
Форма | Символ Шлефли | Симметрия | Диаграмма Кокстера | Пример, {6} | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Обычный | {п} | [п] | Шестиугольник | ||||
Усеченный | t {p} = {2p} | [[p]] = [2p] | = | Усеченный шестиугольник (Додекагон) | = | ||
Изменено и Голосовой | а {2p} = β {p} | [2p] | = | Переделанный шестиугольник (Гексаграмма) | = | ||
Половина и Пренебрежительно | h {2p} = s {p} = {p} | [1+, 2p] = [p] | = = | Половина шестиугольника (Треугольник) | = = |
Многогранники и мозаики
Coxeter расширил использование символа Шлефли до квазирегулярные многогранники путем добавления вертикального размера к символу. Это была отправная точка для более общего Диаграмма Кокстера. Норман Джонсон упрощенные обозначения вертикальных символов с р префикс. T-нотация является наиболее общей и напрямую соответствует кольцам диаграммы Кокстера. Символы имеют соответствующие чередование, заменяя кольца с дыры на диаграмме Кокстера и час префикс, обозначающий половина, конструкция ограничена требованием четного порядка соседних ветвей и снижает порядок симметрии вдвое. Связанный оператор, а за изменен, показан с двумя вложенными отверстиями, представляет собой составной многогранник с обеими чередующимися половинами, сохраняя исходную полную симметрию. А пренебрежительно представляет собой половину формы усечения, а голоскуб - обе половины попеременного усечения.
Форма | Символы Шлефли | Симметрия | Диаграмма Кокстера | Пример, {4,3} | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Обычный | {p, q} | т0{p, q} | [p, q] или же [(p, q, 2)] | Куб | |||||
Усеченный | т {р, д} | т0,1{p, q} | Усеченный куб | ||||||
Bitruncation (Усеченное двойное) | 2t {p, q} | т1,2{p, q} | Усеченный октаэдр | ||||||
Исправленный (Квазирегулярный ) | г {р, д} | т1{p, q} | Кубооктаэдр | ||||||
Биректификация (Обычный двойной) | 2r {p, q} | т2{p, q} | Октаэдр | ||||||
Собранный (Ректифицированный ректификованный ) | рр {р, q} | т0,2{p, q} | Ромбокубооктаэдр | ||||||
Усеченный (Усеченное исправленное) | tr {p, q} | т0,1,2{p, q} | Усеченный кубооктаэдр |
Чередования, четверти и пренебрежения
Чередования имеют половину симметрии групп Кокстера и представлены незаполненными кольцами. Возможны два варианта выбора половины вершин, но символ не указывает, какая именно. Формы четверти показаны здесь со знаком + внутри полого кольца, что означает, что они представляют собой два независимых чередования.
Форма | Символы Шлефли | Симметрия | Диаграмма Кокстера | Пример, {4,3} | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Чередующийся (полу) обычный | h {2p, q} | ht0{2p, q} | [1+, 2p, q] | = | Демикуб (Тетраэдр ) | ||||
Курносый обычный | s {p, 2q} | ht0,1{p, 2q} | [п+, 2q] | ||||||
Курносый двойной обычный | s {q, 2p} | ht1,2{2p, q} | [2p, q+] | Курносый октаэдр (Икосаэдр ) | |||||
Переменный выпрямленный (p и q четные) | ч {р, д} | ht1{p, q} | [p, 1+, q] | ||||||
Переменный ректификованный ректификованный (p и q четные) | hrr {p, q} | ht0,2{p, q} | [(p, q, 2+)] | ||||||
Четвертованный (p и q четные) | д {р, д} | ht0ht2{p, q} | [1+, p, q, 1+] | ||||||
Курносый исправленный Курносый квазирегулярный | sr {p, q} | ht0,1,2{p, q} | [p, q]+ | Курносый кубооктаэдр (Курносый куб) |
Переделал и голозуб
Измененные и голонубчатые формы обладают полной симметрией группы Кокстера и представлены двойными незаполненными кольцами, но могут быть представлены как соединения.
Форма | Символы Шлефли | Симметрия | Диаграмма Кокстера | Пример, {4,3} | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Изменен обычный | а {р, д} | в0{p, q} | [p, q] | = ∪ | Звездчатый октаэдр | ||||
Голоснуб двойной обычный | SS{q, п} | ß {q, p} | в0,1{q, p} | [p, q] | Соединение двух икосаэдров |
Полихора и соты
Форма | Символ Шлефли | Диаграмма Кокстера | Пример, {4,3,3} | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Обычный | {p, q, r} | т0{p, q, r} | Тессеракт | |||||
Усеченный | т {р, д, г} | т0,1{p, q, r} | Усеченный тессеракт | |||||
Исправленный | г {р, д, г} | т1{p, q, r} | Исправленный тессеракт | = | ||||
Bitruncated | 2t {p, q, r} | т1,2{p, q, r} | Обрезанный тессеракт | |||||
Двунаправленный (Выпрямленный двойной) | 2r {p, q, r} = r {r, q, p} | т2{p, q, r} | Выпрямленный 16-элементный | = | ||||
Усеченный (Усеченное двойное) | 3t {p, q, r} = t {r, q, p} | т2,3{p, q, r} | Обрезанный тессеракт | |||||
Триректифицированный (Двойной) | 3r {p, q, r} = {r, q, p} | т3{p, q, r} = {r, q, p} | 16 ячеек | |||||
Собранный | rr {p, q, r} | т0,2{p, q, r} | Кантеллированный тессеракт | = | ||||
Усеченный | tr {p, q, r} | т0,1,2{p, q, r} | Усеченный тессеракт | = | ||||
Runcinated (Расширенный ) | е3{p, q, r} | т0,3{p, q, r} | Бегущий тессеракт | |||||
Runcitruncated | т0,1,3{p, q, r} | Выполнить усеченный тессеракт | ||||||
Усеченный | т0,1,2,3{p, q, r} | Омниусеченный тессеракт |
Чередования, четверти и пренебрежения
Форма | Символ Шлефли | Диаграмма Кокстера | Пример, {4,3,3} | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Чередования | |||||||||
Половина п даже | h {p, q, r} | ht0{p, q, r} | 16 ячеек | ||||||
Четверть p и r даже | д {р, д, г} | ht0ht3{p, q, r} | |||||||
Курносый д даже | s {p, q, r} | ht0,1{p, q, r} | Курносый 24-элементный | ||||||
Курносый исправленный г даже | sr {p, q, r} | ht0,1,2{p, q, r} | Курносый 24-элементный | = | |||||
Альтернативная дуопризма | с {п} с {q} | ht0,1,2,3{p, 2, q} | Большой дуоантипризм |
Бифуркационные семьи
Форма | Расширенный символ Шлефли | Диаграмма Кокстера | Примеры | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Квазирегулярный | {p, q1,1} | т0{p, q1,1} | 16 ячеек | |||||
Усеченный | т {р, д1,1} | т0,1{p, q1,1} | Усеченная 16-ячеечная | |||||
Исправленный | г {р, д1,1} | т1{p, q1,1} | 24-элементный | |||||
Собранный | rr {p, q1,1} | т0,2,3{p, q1,1} | Собранный 16-элементный | |||||
Усеченный | tr {p, q1,1} | т0,1,2,3{p, q1,1} | Cantitruncated 16-элементный | |||||
Курносый исправленный | sr {p, q1,1} | ht0,1,2,3{p, q1,1} | Курносый 24-элементный | |||||
Квазирегулярный | {г, / д , р} | т0{г, / д , р} | ||||||
Усеченный | т {г, / д , р} | т0,1{г, / д , р} | ||||||
Исправленный | г {г, / д , р} | т1{г, / д , р} | ||||||
Собранный | rr {r, / q , p} | т0,2,3{г, / д , р} | ||||||
Усеченный | тр {г, / д , р} | т0,1,2,3{г, / д , р} | ||||||
Курносый исправленный | sr {p, / q, r} | ht0,1,2,3{р, / д , г} |
Мозаики
Обычный
Полурегулярный
Рекомендации
Источники
- Кокстер, Гарольд Скотт Макдональд (1973) [1948]. Правильные многогранники (3-е изд.). Dover Publications. стр.14, 69, 149. ISBN 0-486-61480-8. OCLC 798003.
Правильные многогранники.
- Шерк, Ф. Артур; Макмаллен, Питер; Томпсон, Энтони С .; Вайс, Азия Ивич, ред. (1995). Калейдоскопы: Избранные произведения Х.С.М. Coxeter. Вайли. ISBN 978-0-471-01003-6.
- (Документ 22) стр. 251–278 Кокстер, H.S.M. (1940). «Правильные и полурегулярные многогранники I». Математика. Zeit. 46: 380–407. Дои:10.1007 / BF01181449. Zbl 0022.38305. MR 2,10
- (Документ 23) стр. 279–312 - (1985). «Правильные и полурегулярные многогранники II». Математика. Zeit. 188 (4): 559–591. Дои:10.1007 / BF01161657. Zbl 0547.52005.
- (Документ 24) стр. 313–358 - (1988). «Правильные и полурегулярные многогранники III». Математика. Zeit. 200 (1): 3–45. Дои:10.1007 / BF01161745. Zbl 0633.52006.
внешняя ссылка
- Вайсштейн, Эрик В. «Символ Шлефли». MathWorld. Получено 28 декабря, 2019.
- Старк, Морис (13 апреля 2012 г.). «Многогранные имена и обозначения». Путешествие по миру многогранников. Получено 28 декабря, 2019.