Jump to content

Растения

Три правильных многоугольника , восемь плоских треугольников, четыре полуправильных плоских треугольника и шесть непригодных для использования плоских треугольников, которые не могут участвовать в двойных однородных мозаиках; все в масштабе.

В геометрии планигон , — это выпуклый многоугольник который может заполнять плоскость только копиями самого себя ( изотопными фундаментальным единицам моноэдральных мозаик ). В евклидовой плоскости имеется 3 правильных плоскоугольника; равносторонний треугольник , квадраты и правильные шестиугольники ; и 8 полуправильных планигонов; и 4 полуправильных планигона, которые могут замостить плоскость только другими планигонами.

Все углы плоского треугольника являются целыми делителями 360°. Тайлинги создаются путем соединения ребер с ребрами биссектрисами ребер исходной однородной решетки или центроидами по общим ребрам (они совпадают).

Плитки, сделанные из планигонов, можно рассматривать как двойственные мозаики к правильным, полуправильным и полуправильным мозаикам плоскости правильными многоугольниками .

В книге 1987 года « Плитки и шаблоны » Бранко Грюнбаум называет вершинно-однородные мозаики архимедовыми , параллельными архимедовым телам . Их двойственные мозаики названы мозаиками Лавеса в честь кристаллографа Фрица Лавеса . [1] [2] They're also called Shubnikov–Laves tilings after Shubnikov, Alekseĭ Vasilʹevich. [3] Джон Конвей называет однородные двойственные каталонские мозаики параллельно каталонским сплошным многогранникам.

Мозаики Лавеса имеют вершины в центрах правильных многоугольников и ребра, соединяющие центры правильных многоугольников, имеющих общее ребро. Плитки мозаики Лавеса называются планигонами . Сюда входят 3 обычных плитки (треугольник, квадрат и шестиугольник) и 8 неправильных плиток. [4] Каждая вершина имеет ребра, равномерно расположенные вокруг нее. Трехмерные аналоги планигонов называются стереоэдрами .

Эти мозаики перечислены по конфигурации граней — количеству граней в каждой вершине грани. Например V4.8.8 (или V4.8 2 ) означает плитки с равнобедренными треугольниками, в одном углу которых находится четыре треугольника, а в двух углах - восемь треугольников.

Строительство

[ редактировать ]

Операция Конвея по двойной перестановке граней и вершин. Как в архимедовых телах , так и в k -однородных мозаиках новая вершина совпадает с центром каждой правильной грани или центроидом . В евклидовом (плоском) случае; чтобы вокруг каждой исходной вершины образовались новые грани, центроиды должны быть соединены новыми ребрами, каждое из которых должно пересекать ровно одно из исходных ребер. Поскольку правильные многоугольники обладают двугранной симметрией , мы видим, что эти новые ребра центроид-центроид должны быть серединными перпендикулярами общих исходных ребер (например, центроид лежит на всех серединных перпендикулярах ребер правильного многоугольника). Таким образом, ребра k -дуальных однородных мозаик совпадают с отрезками от центроида до середины ребра всех правильных многоугольников в k -однородных мозаиках.

Плантигон Конструкции
Центроид-центроид 12-5 Додекаграмма

Использование додекаграммы 12-5 (вверху)

[ редактировать ]

Все 14 однородных и пригодных для использования правильных вершинных плоскостей также имеют [5] из додекаграммы 6-5 (где каждый сегмент стягивает радианы или 150 градусов).

Окружность этой додекаграммы показывает , что все 14 VRP являются коциклическими , что альтернативно показано упаковками кругов . Отношение вписанной окружности к описанной:

а выпуклая оболочка — это в точности правильные двенадцатиугольники в k-равномерном замощении . Равносторонний треугольник, квадрат, правильный шестиугольник и правильный двенадцатиугольник; показаны выше с VRP.

Фактически, любую группу планигонов можно составить из ребер полиграмма , где и — количество сторон сторон в РП, примыкающих к каждой задействованной вершинной фигуре. Это потому, что радиус описанной окружности любого регулярного -угольник (от вершины до центроида) равен расстоянию от центра полиграммы до ее отрезков, пересекающихся под углом , поскольку все полиграммы допускают вписанные в радиусы окружности касательная ко всем его сторонам.

Обычные вершины

[ редактировать ]

В книге «Плитки и узоры » Грюнбаум также построил мозаику Лавеса, используя одногранные плитки с правильными вершинами . Вершина называется правильной, если все выходящие из нее углы равны. Другими словами: [1]

  1. Все вершины правильные,
  2. Все планигоны Лавеса конгруэнтны.

Таким образом, все мозаики Лавеса уникальны, за исключением квадратной мозаики (1 степень свободы), пятиугольной мозаики сарая (1 степень свободы) и шестиугольной мозаики (2 степени свободы):

Варианты укладки плитки
Квадрат Сарай Пентагон Шестиугольник

При применении к более высоким двойным однородным мозаикам все двойные сердцевинные планигоны могут быть искажены, за исключением треугольников ( сходство AAA ), примеры приведены ниже:

Варианты укладки плитки

С 2 ТКП

я 2 РФХ

ИРДЦ

ФХ (п6)

сБХ (короткометражный)

КБ (пгг)

Вывод всех возможных планигонов

[ редактировать ]

Для евклидовых мозаик от края до края внутренние углы выпуклых многоугольников, встречающихся в вершинах, должны составлять в сумме 360 градусов. Правильный n -угольник имеет внутренний угол градусов. Существует семнадцать комбинаций правильных многоугольников, сумма внутренних углов которых составляет 360 градусов, каждая из которых называется разновидностью вершины ; в четырех случаях существует два различных циклических порядка многоугольников, что дает двадцать один тип вершин.

В самом деле, при вершинных (внутренних) углах , мы можем найти все комбинации допустимых угловых углов по следующим правилам:

  1. Каждая вершина имеет как минимум степень 3 (вершина степени 2 должна иметь два прямых угла или один рефлекторный угол);
  2. Если вершина имеет степень , самый маленький Сумма углов вершин многоугольника превышает ;
  3. Углы при вершинах добавляются к , и должны быть углами правильных многоугольников с целыми положительными сторонами (последовательности ).

Использование правил генерирует список ниже:

Кластеры планигонов, которые не могут замостить плоскость. Обратите внимание, что 8-кластер V3.8.24 и 10-кластер V3.10.15 подразумевают перекрытие для 24- и 15-угольников соответственно. Также V4.5.20 и V5 2 .10 может создавать линии и кривые, но их невозможно выполнить без перекрытия.
Расположение правильных многоугольников вокруг вершины
Вершина степени 6 Вершина степени 5 Вершина степени 4 Вершина степени 3
*

*The не может сосуществовать с другими типами вершин.

Решение задачи 9.46 «Геометрия» (Рущик), [6] находится в столбце «Вершина степени 3» выше. Треугольник с десятиугольником (11 угольников) дает 13,2 угольника, квадрат с семиугольником (7 угольников) дает 9,3333 угольника, а пятиугольник с шестиугольником дает 7,5 угольника). Следовательно, существуют комбинации правильных многоугольников, пересекающихся в вершинах.

Планигоны в самолете

[ редактировать ]

Только одиннадцать из этих комбинаций углов могут встречаться в мозаике Лавеса из планигонов.

В частности, если три многоугольника встречаются в вершине и один из них имеет нечетное число сторон, два других многоугольника должны быть одинаковыми. В противном случае им пришлось бы чередоваться вокруг первого многоугольника, что невозможно, если число сторон у него нечетное. По этому ограничению эти шесть не могут появляться ни в одном мозаике правильных многоугольников:

Шесть планигонов, которые не могут замостить плоскость.

С другой стороны, эти четыре можно использовать в k -дуально-однородных мозаиках:

приходится один полурегулярный дуал. На каждый планигон V3 2 .4.12, V3.4.3.12, V3 2 .6 2 , V3.4 2 .6. И все четырехугольники могут замостить плоскость .

Наконец, если предположить, что длина стороны равна единице, все правильные многоугольники и пригодные для использования планигоны имеют длины сторон и площади, как показано ниже в таблице:

Правильные многоугольники и планигоны
Правильные многоугольники Растения
Треугольник Область:

Длина сторон: 1

Версия 3.12 2
(ТО)
Область:

Боковые длины:

V3 2 .6 2
(Я)
Область:

Боковые длины:

V4 4
(с)
Площадь: 1

Длина сторон: 1

Квадрат Площадь: 1

Длина сторон: 1

Версия 4.6.12
(3)
Область:

Боковые длины:

V(3.6) 2
(Р)
Область:

Боковые длины:

V3 2 .4.3.4
(С)
Область:

Боковые длины:

Шестиугольник Область:

Длина сторон: 1

V3 2 .4.12
(С)
Область:

Боковые длины:

Версия 3.4 2 .6
(р)
Область:

Боковые длины:

V3 3 .4 2
(Б)
Область:

Боковые длины:

Октагон Область:

Длина сторон: 1

В3.4.3.12
(Т)
Область:

Боковые длины:

Версия 3.4.6.4
(Д)
Область:

Боковые длины:

V3 6
(ЧАС)
Область:

Боковые длины:

Додекагон Область:

Длина сторон: 1

V6 3
(И)
Область:

Боковые длины:

V3 4 .6
(Ф)
Область:

Боковые длины:

Версия 4.8 2
(я)
Область:

Боковые длины:

Количество двойных однородных плиток

[ редактировать ]

Каждая двойственная равномерная мозаика находится в соответствии 1:1 с соответствующей равномерной мозаикой благодаря построению вышеприведенных планогонов и наложению.

k - двойная равномерная, m - количество мозаик Каталавеса [7]
м -Каталавес
1 2 3 4 5 6 Общий
k -двойственно-однородный 1 11 11
2 0 20 20
3 0 22 39 61
4 0 33 85 33 151
5 0 74 149 94 15 332
6 0 100 284 187 92 10 673
Общий 11

Такие периодические мозаики можно классифицировать по количеству орбит вершин, ребер и плиток. Если существует k орбит планигонов, замощение называется k -дуально-равномерным или k -изоэдральным; если существует t орбит двойственных вершин, то t -изогональна; если существует e орбит ребер, то e -изотоксал.

k -дуально-однородные мозаики с одинаковыми гранями вершин можно дополнительно идентифицировать по симметрии их группы обоев , которая идентична симметрии соответствующей k -однородной мозаики.

1-двойственно-однородные мозаики включают 3 правильных мозаики и 8 мозаик Лавеса с 2 или более типами вершин правильной степени. Имеется 20 2-дуальнооднородных замощений, 61 3-дуальнооднородных замощений, 151 4-дуальнооднородных замощений, 332 5-дуальнооднородных замощений и 673 6-дуальнооднородных замощений. Каждый из них может быть сгруппирован по числу m различных фигур вершин, которые также называются m -архимедовыми мозаиками. [8]

Наконец, если количество типов планигонов такое же, как и однородность ( m = k ниже), то мозаика называется двойственной Кротенхердтом . В общем, однородность больше или равна количеству типов вершин ( m k ), поскольку разные типы планигонов обязательно имеют разные орбиты, но не наоборот. Полагая m = n = k , существует 11 таких двойственных мозаик для n = 1; 20 таких двойственных мозаик для n = 2; 39 таких двойственных мозаик для n = 3; 33 таких двойственных мозаики для n = 4; 15 таких двойственных мозаик для n = 5; 10 таких двойственных мозаик для n = 6; и 7 таких двойственных мозаик для n = 7.

Регулярные и низкие мозаики

[ редактировать ]

Показаны 3 правильных и 8 полуправильных мозаик Лавеса с планигонами, раскрашенными в зависимости от площади, как при построении:

Высшие двойные равномерные мозаики

[ редактировать ]

Вставки двойственных планигонов в вершины более высоких степеней

[ редактировать ]
Люк в Центральном парке с черепицей CH (V3 2 .4.3.4, V3 6 ).
  • Вершину шестой степени можно заменить центральным правильным шестиугольником и шестью исходящими из него ребрами;
  • Вершину двенадцатой степени можно заменить шестью дельтоидами (центральным дельтовидным шестиугольником) и двенадцатью исходящими из них ребрами;
  • Вершину двенадцатой степени можно заменить шестью каирскими пятиугольниками, центральным шестиугольником и двенадцатью исходящими из него ребрами (путем рассечения вершины шестой степени в центре предыдущего примера).
Незначительный Главный Полный Замены
Двойные процессы (вставки)

Это сделано выше для двойной мозаики 3-4-6-12. Соответствующий однородный процесс – это рассечение , и он показан здесь .

2-двойная форма

[ редактировать ]

Существует 20 мозаик, составленных из двух типов планигонов, двойственных 2-однородным мозаикам (Krotenheerdt Duals):

3-двойная униформа

[ редактировать ]

Всего 39 мозаик составлены из трех типов планигонов (Krotenheerdt Duals):

4-двойная униформа

[ редактировать ]

Всего 33 мозаики составлены из 4 типов планигонов (Krotenheerdt Duals):

5-двойная форма

[ редактировать ]

Существует 15 5-однородных двойных мозаик с 5 уникальными планигонами:

Кротенхердт двойные с шестью планигонами

[ редактировать ]

Существует 10 6-однородных двойных мозаик с 6 уникальными планигонами:

Кротенхердт двойные с семью планигонами

[ редактировать ]

Существует 7 7-однородных двойных мозаик с 7 уникальными планигонами:

Последние два двойных мозаики Uniform-7 имеют одинаковые типы вершин, хотя они совершенно не похожи друг на друга!

От и далее не существует n однородных мозаик с n типами вершин или не существует однородных n двойственных элементов с n различными (полу)плоскогонами. [9]

Фрактализация двойных k -однородных мозаик

[ редактировать ]

Существует много способов создания новых k-дуально однородных мозаик из других k-однородных мозаик. Три способа — масштабировать как показано ниже:

Примеры фрактализации
Оригинал Полуфрактализация Усеченная шестиугольная плитка Усеченная трехгексагональная плитка
Двойной
Фрактализация

Большая фрактализация

[ редактировать ]

Чтобы увеличить планигоны V3 2 .4.12 и V3.4.3.12 с использованием метода усеченного тригексагона, масштабный коэффициент необходимо применять:

Большая фрактализация

[ редактировать ]

Двумя 9-однородными мозаиками в [10] большая фрактализация достигается масштабным коэффициентом 3 во всех планигонах. В случае s,C,B,H собственный планигон находится точно в центре:

Ниже показаны два 9-однородных мозаики, фрактализации полурегуляров DC и DB и общий пример на S. 2 ТК :

9-Униформа С 2 ТК Большая Фрактализация

3Ир 3 Дс 2 Б (БД)
3Ир 4 DSC (округ Колумбия)

С 2 ТК
Большая фрактализация

Разнообразный

[ редактировать ]

Конструкция центроид-центроид

[ редактировать ]

Двойные однородные мозаики (красные) вместе с оригиналами (синими) выбранных мозаик. [7] [11] Создается путем построения средней точки центроида-ребра путем обнаружения полигона-центроида-вершины с округлением угла каждого смежного ребра до ближайших 15 градусов. Поскольку размер единицы тайлинга варьируется от 15 до 18 пикселей и каждый правильный многоугольник немного отличается, [7] имеются некоторые перекрытия или разрывы двойных ребер (генератор размера 18 пикселей неправильно генерирует совмещенные ребра из пяти мозаик размером 15 пикселей, классифицируя некоторые квадраты как треугольники).

Другие сравнения конструкций Edge-Edge

[ редактировать ]

Другие сравнения конструкции края и края. Вращается каждые 3 секунды.

Сравнения
СКБ 3ИрБ ТДДК IIRF РФБГ ООООТ 3SrFCBH О3 3 Помешивать 2 С 2 Б

Аффинные линейные разложения

[ редактировать ]

Ниже приведены аффинные линейные разложения других однородных мозаик от исходного к двойственному и обратно:

Аффинные линейные разложения
8-Униформа 3STDC 12-Униформа 3СТРрД 12-Униформа O3STIRCB 13-Униформа Все Плиты 16-Униформа ОСТЕИрЦБ 24-Униформа Все Планигоны

Первая 12-однородная мозаика содержит все планигоны с тремя типами вершин, а вторая 12-однородная мозаика содержит все типы ребер.

Оптимизированные тайлинги

[ редактировать ]
Двойная равномерная мозаика из 14 Каталавесов с использованием p4g . Такие мозаики могут принимать любую группу обоев, кроме p4m , поскольку p4m допускает только планигоны O, S, T, D, s, C, B, H. [10]

Если - средства для укладки плитки двойная униформа, Замощение Каталавеса, то существует замощение 11-9, [7] плитка 13-10, плитка 15-11, плитка 19-12, две плитки 22-13 и плитка 24-14. Также существует плитка 13-8 и плитка без часов 14-10. Наконец, есть 7-5 мозаик, использующих все часовые планигоны: [10]

11-9 13-10 15-11 19-12 22-13

ОСТРРД 2 СЦ 2 Б

2 ИРр 3 ДФКБГ

3STEIRrFCB 5 ЧАС

О3СТ 3 рр 2 Д 3 ФСЦБ 3 ЧАС

О3 2 СТ 2 ЭИРр 4 Д 2 ФКБ 4 ЧАС
О3 2 СТ 2 ЭИРр 3 ДФК 2 Б 5 ЧАС
24-14 13-8 Плита 14-10 Не по часам 7-5 Все часы

О3 2 С 3 TEIRr 2 ДФСК 2 Б 6 ЧАС

НЕТ 2 рр 2 Ф 2 с 2 Б 2 ЧАС

ЭИРр 3 ДФЦБ 2 ЧАС

ТО 3 3СТБ

О3 2 СТ 2 Д

Круговая упаковка

[ редактировать ]

Каждому однородному замощению соответствует упаковка кругов, в которой во всех вершинах расположены круги диаметром 1, соответствующие плоскостям. [11] Ниже приведены упаковки кругов оптимизированных плиток и мозаик по всем ребрам:

Круги раскрашены в соответствии с типом вершин, а пробелы — в соответствии с правильным многоугольником.

5-двойственно-однородные 4-разбиения Каталавеса

[ редактировать ]

Слайд-шоу всех 94 5-двойных однородных мозаик с 4 различными планигонами. Меняется каждые 6 секунд, циклически каждые 60 секунд.

Все замощения с правильными двенадцатиугольниками в [7] показаны ниже, чередуя однородную и двойную однородную форму каждые 5 секунд:

Ниже показаны все мозаики с правильными двенадцатиугольниками , где каждые 5 секунд чередуются однородные и двойные равномерные.

65 k - Равномерные плитки

[ редактировать ]

Сравнение 65k однородных замощений в однородных плоских замощениях и их двойственных однородных замощений. Два нижних ряда совпадают и приведены в масштабе:

Сравнение 65k однородных замощений в однородных плоских замощениях и их двойственных однородных замощений. Два нижних ряда совпадают и приведены в масштабе.
  1. ^ Jump up to: а б Грюнбаум, Бранко ; Шепард, GC (1987). Плитки и узоры . WH Фриман и компания. стр. 59, 96 . ISBN  0-7167-1193-1 .
  2. ^ Конвей, Джон Х .; Бургель, Хайди; Гудман-Штраус, Хаим (18 апреля 2008 г.). «Глава 21, Названия архимедовых и каталонских многогранников и мозаик, евклидовых плоских мозаик ». Симметрии вещей . АК Петерс / CRC Press . п. 288. ИСБН  978-1-56881-220-5 . Архивировано из оригинала 19 сентября 2010 г.
  3. ^ Энциклопедия математики: Орбита - уравнение Рэлея , 1991
  4. ^ Иванов, А.Б. (2001) [1994], «Планигон» , Энциклопедия Математики , EMS Press
  5. ^ «БОЛЬШАЯ СПИСОЧНАЯ СИСТЕМА РАЗБИВАНИЙ ПРАВИЛЬНЫХ МНОГОУГОЛЬНИКОВ» . СИСТЕМА БОЛЬШОГО СПИСКА РАЗБИВАНИЙ ПРАВИЛЬНЫХ МНОГОУГОЛЬНИКОВ . Проверено 30 августа 2019 г.
  6. ^ Рущик, Ричард. (2006). Введение в геометрию . Альпайн, Калифорния: ISBN AoPS Inc.  0977304523 . ОСЛК   68040014 .
  7. ^ Jump up to: а б с д и «n-равномерные мозаики» . Вероятностьспорт.com . Проверено 21 июня 2019 г.
  8. ^ k-однородные мозаики из правильных многоугольников. Архивировано 30 июня 2015 г. в Wayback Machine, Нильс Леннгрен, 2009 г. [ нужна проверка ]
  9. ^ «11,20,39,33,15,10,7 — ОЭИС» . oeis.org . Проверено 26 июня 2019 г.
  10. ^ Jump up to: а б с «Каталог тесселяции» . zenorogue.github.io . Проверено 21 марта 2022 г.
  11. ^ Jump up to: а б Дж. Э. Сото Санчес, О периодических мозаиках с правильными многоугольниками , докторская диссертация, IMPA, август 2020 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: c446346c009c1c424ed7d234fc2a6e02__1719351540
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/c4/02/c446346c009c1c424ed7d234fc2a6e02.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Planigon - 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.)