Jump to content

Символ Шлефли

Додекаэдр пятиугольника — правильный многогранник с символом Шлефли {5,3}, имеющий по три вокруг каждой вершины .

В геометрии символ Шлефли — обозначение вида который определяет правильные многогранники и мозаики .

Символ Шлефли назван в честь швейцарского математика XIX века Людвига Шлефли . [ 1 ] : 143  который обобщил евклидову геометрию на более чем три измерения и открыл все ее выпуклые правильные многогранники, включая шесть, встречающиеся в четырех измерениях.

Определение

[ редактировать ]

Символ Шлефли представляет собой рекурсивное описание, [ 1 ] : 129  начиная с { p } для p -стороннего правильного многоугольника , который является выпуклым . Например, {3} — равносторонний треугольник , {4} — квадрат , {5} — выпуклый правильный пятиугольник и т. д.

Правильные звездчатые многоугольники не являются выпуклыми, и их символы Шлефли { п / q } содержат несократимые дроби п / q , где p — количество вершин, а q — число их поворотов . Эквивалентно, { п / q } создается из вершин { p }, связанных с каждым q . Например, { 5 2 } — пентаграмма ; { 5/1 пятиугольник } .

Правильный многогранник , у которого есть q граней правильного p -стороннего многоугольника вокруг каждой вершины , обозначается { p , q }. Например, куб имеет три квадрата вокруг каждой вершины и обозначается {4,3}.

Правильный 4-мерный многогранник с r { p , q } правильными многогранными ячейками вокруг каждого ребра обозначается { p , q , r }. Например, тессеракт {4,3,3} имеет 3 куба {4,3} по краю.

В общем, правильный многогранник { p , q , r ,..., y , z } имеет z { p , q , r ,..., y } граней вокруг каждой вершины , где вершина — это вершина многогранника. , ребро в 4-многограннике, грань в 5-многограннике и ( n -3)-грань в n -многограннике.

Характеристики

[ редактировать ]

Правильный многогранник имеет правильную вершинную фигуру . Вершинная фигура правильного многогранника { p , q , r ,..., y , z } равна { q , r ,..., y , z }.

Правильные многогранники могут иметь звездчатого многоугольника элементы , такие как пентаграмма , с символом { 5 2 }, представленный вершинами пятиугольника , но соединенными попеременно.

Символ Шлефли может представлять собой конечный выпуклый многогранник , бесконечную мозаику евклидова пространства или бесконечную мозаику гиперболического пространства , в зависимости от углового дефекта конструкции. Дефект положительного угла позволяет вершинной фигуре сворачиваться в более высокое измерение и возвращаться в себя как многогранник. Дефект с нулевым углом замощает пространство того же размера, что и грани. Дефект отрицательного угла не может существовать в обычном пространстве, но может быть построен в гиперболическом пространстве.

Обычно фасет или вершинная фигура считается конечным многогранником, но иногда сама по себе может считаться мозаикой.

Правильный многогранник также имеет двойственный многогранник , представленный элементами символа Шлефли в обратном порядке. Самодуальный правильный многогранник будет иметь симметричный символ Шлефли.

Помимо описания евклидовых многогранников, символы Шлефли можно использовать для описания сферических многогранников или сферических сот. [ 1 ] : 138 

История и вариации

[ редактировать ]

Работа Шлефли была почти неизвестна при его жизни, а его обозначения для описания многогранников были независимо заново открыты несколькими другими. В частности, Торольд Госсет заново открыл символ Шлефли, который он написал как | р | д | р | ... | г | а не скобками и запятыми, как это сделал Шлефли. [ 1 ] : 144 

Форма Госсета имеет большую симметрию, поэтому количество измерений равно количеству вертикальных полос, а символ точно включает в себя подсимволы для фасетной и вершинной фигуры. Госсет считает | p как оператор, который можно применить к | д | ... | г | создать многогранник с p -угольными гранями, фигура вершины которого равна | д | ... | г |.

Группы симметрии

[ редактировать ]

Символы Шлефли тесно связаны с (конечными) отражения группами симметрии , которые точно соответствуют конечным группам Кокстера и задаются теми же индексами, но вместо них используются квадратные скобки [ p , q , r ,...]. Такие группы часто называют по образу правильных многогранников, которые они порождают. Например, [3,3] — это группа Коксетера для отражающей тетраэдрической симметрии , [3,4] — для отражающей октаэдрической симметрии , а [3,5] — для отражающей икосаэдрической симметрии .

Правильные многоугольники (плоскость)

[ редактировать ]
Правильные выпуклые и звездчатые многоугольники с от 3 до 12 вершин, помеченные символами Шлефли.

Символ Шлефли выпуклого правильного многоугольника с p ребрами — { p }. Например, правильный пятиугольник обозначается {5}.

Для невыпуклых звездчатых многоугольников конструктивное обозначение { p q }, где p — количество вершин, а q −1 — количество вершин, пропущенных при рисовании каждого края звезды. Например, { 5 2 } представляет пентаграмму .

Правильные многогранники (3 измерения)

[ редактировать ]

Символом Шлефли правильного многогранника является { p , q }, если его грани являются p -угольниками, а каждая вершина окружена q гранями ( фигура вершины - q -угольник).

Например, {5,3} — правильный додекаэдр . Он имеет пятиугольные (5 ребер) грани и по 3 пятиугольника вокруг каждой вершины.

См. 5 выпуклых Платоновых тел , 4 невыпуклых многогранника Кеплера-Пуансо .

Топологически правильную двумерную мозаику можно рассматривать как подобную (3-мерному) многограннику, но такую, что угловой дефект равен нулю. Таким образом, символы Шлефли также могут быть определены для правильных мозаик евклидова . или гиперболического пространства аналогично тому, как это делается для многогранников Аналогия справедлива и для более высоких измерений.

Например, шестиугольная мозаика представлена ​​{6,3}.

Правильные 4-многогранники (4 измерения)

[ редактировать ]

Символ Шлефли правильного 4-многогранника имеет вид { p , q , r }. Его (двумерные) грани представляют собой правильные p -угольники ({ p }), ячейки — правильные многогранники типа { p , q }, фигуры вершин — правильные многогранники типа { q , r }, а реберные фигуры — правильные r -угольники (типа { r }).

См. шесть выпуклых правильных и 10 правильных звездчатых 4-многогранников .

Например, 120-ячейка представлена ​​{5,3,3}. Он состоит из ячеек додекаэдра {5,3} и имеет по 3 ячейки вокруг каждого края.

Существует одна правильная мозаика евклидова трехмерного пространства: кубические соты с символом Шлефли {4,3,4}, состоящие из кубических ячеек и четырех кубов по каждому краю.

Есть также 4 регулярных компактных гиперболических мозаики, включая {5,3,4}, небольшие гиперболические соты додекаэдра , которые заполняют пространство ячейками додекаэдра .

Если символ 4-многогранника является палиндромным (например, {3,3,3} или {3,4,3}), его битовое усечение будет иметь только усеченные формы вершинной фигуры в виде ячеек.

Правильные n -многогранники (более высокие размерности)

[ редактировать ]

более высокой размерности Для правильных многогранников символ Шлефли определяется рекурсивно как { p 1 , p 2 , ..., p n - 1 }, если грани имеют символ Шлефли { p 1 , p 2 , ..., p n - 2 } и вершинные фигуры имеют символ Шлефли { p 2 , p 3 , ..., p n − 1 } .

Фигура вершины грани многогранника и грань вершины фигуры того же многогранника одинаковы: { p 2 , p 3 , ..., p n − 2 } .

Есть только 3 правильных многогранника в 5 измерениях и выше: симплекс , {3, 3, 3, ..., 3}; перекрестный многогранник , {3, 3, ..., 3, 4}; и гиперкуб , {4, 3, 3, ..., 3}. Невыпуклых правильных многогранников выше 4 измерений не существует.

Двойные многогранники

[ редактировать ]

Если многогранник размерности n 2 имеет символ Шлефли { p 1 , p 2 , ..., p n 1 }, то его двойственный многогранник имеет символ Шлефли { p n 1 , ..., p 2 , p 1 }.

Если последовательность палиндромна , то есть одинакова вперед и назад, многогранник самодвойственный . Каждый правильный двумерный многогранник (многоугольник) самодуален.

Призматические многогранники

[ редактировать ]

Однородные призматические многогранники можно определить и назвать как декартово произведение (с оператором «×») правильных многогранников меньшей размерности.

Призматические двойники или бипирамиды могут быть представлены в виде составных символов, но с оператором сложения «+».

  • В 2D ромб представлен как { } + { }. Его диаграмма Кокстера: . Его симметрия [2].
  • В 3D p -угольная бипирамида представлена ​​как { } + { p }. Его диаграмма Кокстера: . Его симметрия равна [2, p ].
  • В 4D { p , q }-эдральная бипирамида представлена ​​как { } + { p , q }. Его диаграмма Кокстера: . Его симметрия — [ p , q ].
  • В 4D p - q дуопирамида представлена ​​как { p } + { q }. Его диаграмма Кокстера: . Его симметрия — [ p ,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:

И 4D:

  • Pq -эдральная пирамида изображается как ( ) ∨ { p , q }.
  • представляется 5-ячейка как ( ) ∨ [( ) ∨ {3}] или [( ) ∨ ( )] ∨ {3} = { } ∨ {3}.
  • Квадратная пирамидальная пирамида представляется как ( ) ∨ [( ) ∨ {4}] или [( ) ∨ ( )] ∨ {4} = { } ∨ {4}.

При смешивании операторов порядок операций от высшего к низшему равен ×, +, ∨.

Осевые многогранники, содержащие вершины на параллельных гиперплоскостях смещения, могут быть представлены оператором ‖. Однородная призма — это { n }‖{ n } и антипризма { n }‖ r { n }.

Расширение символов Шлефли

[ редактировать ]

Многоугольники и круговые мозаики

[ редактировать ]

Усеченный правильный многоугольник сдвоился по сторонам. Правильный многоугольник с четными сторонами можно разделить пополам. Измененный четносторонний правильный 2n-угольник образует соединение звездной фигуры 2{n}.

Форма Символ Шлефли Симметрия Диаграмма Кокстера Пример, {6}
Обычный {р} [п] Шестиугольник
Усечено т{р} = {2р} [[п]] = [2п] = Усеченный шестиугольник
(Додекагон)
=
Измененный и
Голосорванный
а{2р} = β{р} [2р] = Измененный шестиугольник
(Гексаграмма)
=
Половина и
пренебрежительно
h{2p} = s{p} = {p} [1 + ,2p] = [p] = = Половина шестиугольника
(Треугольник)
= =

Многогранники и мозаики

[ редактировать ]

Коксетер расширил использование символа Шлефли до квазиправильных многогранников , добавив к символу вертикальное измерение. Это была отправная точка на пути к более общей диаграмме Кокстера . Норман Джонсон упростил обозначение вертикальных символов с помощью префикса r . Т-обозначение является наиболее общим и напрямую соответствует кольцам диаграммы Кокстера. Символы имеют соответствующее чередование заменяются : кольца отверстиями . Конструкция ограничена требованием , на диаграмме Коксетера, а префикс h обозначает половину чтобы соседние ветви были четными, и сокращает порядок симметрии вдвое. Связанный оператор a для altered показан с двумя вложенными отверстиями и представляет собой составные многогранники с обеими чередующимися половинами, сохраняя исходную полную симметрию. Курносый это половинная форма усечения, а голоснос — обе половины попеременного усечения.

Форма Символы Шлефли Симметрия Диаграмма Кокстера Пример, {4,3}
Обычный {п, д} т 0 {p,q} [п, д]
или
[(p,q,2)]
Куб
Усечено t{p,q} т 0,1 {p,q} Усеченный куб
Биусечение
(усеченный двойной)
2t{p,q} т 1,2 {p,q} Усеченный октаэдр
Исправленный
( Квазирегулярный )
г {р, q} т 1 {p,q} Кубооктаэдр
Биректификация
(Обычный двойной)
2r{p,q} т 2 {p,q} Октаэдр
Отмененный
( Исправлено исправлено )
rr{p,q} т 0,2 {p,q} Ромбокубооктаэдр
Количество сокращено
(Усечено исправлено)
tr{p,q} т 0,1,2 {p,q} Усеченный кубооктаэдр

Чередования, четверти и пренебрежения

[ редактировать ]

Чередования имеют половину симметрии групп Кокстера и представлены незаполненными кольцами. Возможны два варианта, при которых будет взята половина вершин, но символ не указывает, какой из них. Четвертные формы показаны здесь со знаком + внутри полого кольца, что означает, что это два независимых чередования.

Чередования
Форма Символы Шлефли Симметрия Диаграмма Кокстера Пример, {4,3}
Альтернативный (полу) обычный ч{2p,q} ht 0 {2p,q} [1 + ,2p,q] = Демикуб
( Тетраэдр )
Курносый обычный с{п,2q} ht 0.1 {p,2q} [п + ,2q]
Курносый двойной обычный с {q, 2p} чт 1,2 {2p,q} [2p,q + ] Курносый октаэдр
( Икосаэдр )
Попеременный выпрямленный
(p и q четные)
час {p, q} ht 1 {p,q} [п,1 + ,q]
Попеременный выпрямленный выпрямленный
(p и q четные)
чрр{p,q} ht 0,2 {p,q} [(p,q,2 + )]
четвертован
(p и q четные)
q{p,q} ht 0 ht 2 {p,q} [1 + ,п,д,1 + ]
Курносый исправлен
Курносый квазирегулярный
ср{п,q} ht 0,1,2 {p,q} [п, д] + Курносый кубооктаэдр
(Курносый куб)

Переделанный и голоснубированный

[ редактировать ]

Измененные и голосубые формы обладают полной симметрией группы Кокстера и представлены двойными незаполненными кольцами, но могут быть представлены и в виде соединений.

Переделанный и голоснубированный
Форма Символы Шлефли Симметрия Диаграмма Кокстера Пример, {4,3}
Измененный обычный а{р,q} в 0 {p,q} [п, д] = Звездчатый октаэдр
Голоснуб двойной обычный ß{ q , п } ß{q,p} в 0,1 {q,p} [п, д] Соединение двух икосаэдров
ß , похожая на греческую букву бета (β), является буквой немецкого алфавита eszett .

Полихора и соты

[ редактировать ]
Линейные семьи
Форма Символ Шлефли Диаграмма Кокстера Пример, {4,3,3}
Обычный {п, д, г} т 0 {p,q,r} Тессеракт
Усечено t{p,q,r} т 0,1 {p,q,r} Усеченный тессеракт
Исправленный г {р, q, r} т 1 {p,q,r} Исправленный тессеракт =
Битусеченный 2t{p,q,r} т 1,2 {p,q,r} Усеченный тессеракт
биректифицированный
(выпрямленный двойной)
2r{p,q,r} = r{r,q,p} т 2 {p,q,r} Ректифицированный 16-клеточный =
Трехусеченный
(усеченный двойной)
3t{p,q,r} = t{r,q,p} т 2,3 {p,q,r} Усеченный тессеракт
Триректифицированный
(Двойной)
3r{p,q,r} = {r,q,p} t 3 {p,q,r} = {r,q,p} 16-ячеечный
Отмененный rr{p,q,r} т 0,2 {p,q,r} Кантеллированный тессеракт =
Количество сокращено tr{p,q,r} т 0,1,2 {p,q,r} Кантитусеченный тессеракт =
рухлый
( Расширенный )
е 3 {p,q,r} т 0,3 {p,q,r} Сморщенный тессеракт
Ранцитусеченный т 0,1,3 {p,q,r} Усеченный тессеракт
Всеусеченный т 0,1,2,3 {p,q,r} Всеусеченный тессеракт

Чередования, четверти и пренебрежения

[ редактировать ]
Чередования
Форма Символ Шлефли Диаграмма Кокстера Пример, {4,3,3}
Чередования
Половина
р даже
h{p,q,r} ht 0 {p,q,r} 16-ячеечный
Четверть
п и р даже
q{p,q,r} ht 0 ht 3 {p,q,r}
пренебрежительный
q даже
s{p,q,r} ht 0,1 {p,q,r} Курносый 24-клеточный
Курносый исправлен
даже
ср{p,q,r} ht 0,1,2 {p,q,r} Курносый 24-клеточный =
Чередованная дуопризма s{p}s{q} ht 0,1,2,3 {p,2,q} Великий дуоантипризм

Раздвоенные семьи

[ редактировать ]
Раздвоенные семьи
Форма Расширенный символ Шлефли Диаграмма Кокстера Примеры
Квазирегулярный {p,q 1,1 } т 0 {p,q 1,1 } Демитессеракт
( 16-ячеечный )
Усечено t{p,q 1,1 } т 0,1 {p,q 1,1 } Усеченный полудессеракт
( Усеченный 16-клеточный )
Исправленный г{р,q 1,1 } т 1 {p,q 1,1 } Исправленный полудессеракт
( 24-ячеечный )
Отмененный rr{p,q 1,1 } т 0,2,3 {p,q 1,1 } Кантеллированный полудессеракт
( Скошенный 16-клеточный )
Количество сокращено tr{p,q 1,1 } т 0,1,2,3 {p,q 1,1 } Кантитусеченный демитессеракт
( Усеченный 16-клеточный )
Курносый исправлен sr{p,q 1,1 } ht 0,1,2,3 {p,q 1,1 } Курносый полудессеракт
( Курносый 24-клеточный )
Квазирегулярный {r,/q\,p} t 0 {r,/q\,p} Тетраэдрально-октаэдрические соты
Усечено t{r,/q\,p} t 0,1 {r,/q\,p} Усеченные тетраэдрически-октаэдрические соты
Исправленный г{r,/q\,p} t 1 {r,/q\,p} Выпрямленные тетраэдрически-октаэдрические соты
(Ректифицированные кубические соты)
Отмененный rr{r,/q\,p} t 0,2,3 {r,/q\,p} Кантелеллированные кубические соты
Количество сокращено tr{r,/q\,p} т 0,1,2,3 {r,/q\,p} Канитусеченные кубические соты
Курносый исправлен sr{p,/q,\r} ht 0,1,2,3 {p,/q\,r} Курносые выпрямленные кубические соты (неоднородные, но близкие к попаданию)

сферический

Обычный

Полурегулярный

гиперболический

  1. ^ Перейти обратно: а б с д Коксетер, HSM (1973). Правильные многогранники (3-е изд.). Нью-Йорк: Дувр.

Источники

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0169aade0b406e7e8a0862184c202112__1723219020
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/01/12/0169aade0b406e7e8a0862184c202112.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Schläfli symbol - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)