Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В геометрии , A точечная группа представляет собой группу геометрических симметрий ( изометрий ) , которые держат по крайней мере одну точку фиксированной. Группы точек могут существовать в евклидовом пространстве любой размерности, и каждая группа точек в размерности d является подгруппой ортогональной группы O ( d ). Группы точек могут быть реализованы как наборы ортогональных матриц M, которые преобразуют точку x в точку y :

у = Mx

где начало координат - неподвижная точка. Точка-групповые элементы могут быть либо вращения ( определитель из М = 1) , либо отражений , или несобственных вращений (определитель М = -1).

Дискретные точечные группы более чем в одном измерении входят в бесконечные семейства, но из кристаллографической теоремы об ограничении и одной из теорем Бибербаха каждое число измерений имеет только конечное число точечных групп, которые симметричны по некоторой решетке или сетке с этим числом. Это кристаллографические точечные группы .

Группы киральных и ахиральных точек, группы отражения [ править ]

Точечные группы можно разделить на хиральные (или чисто вращательные) группы и ахиральные группы. [1] Киральные группы являются подгруппами специальной ортогональной группы SO ( d ): они содержат только сохраняющие ориентацию ортогональные преобразования, т. Е. Преобразования с определителем +1. Ахиральные группы содержат также преобразования определителя −1. В ахиральной группе преобразования, сохраняющие ориентацию, образуют (киральную) подгруппу индекса 2.

Конечные группы Кокстера или группы отражений - это точечные группы, которые генерируются исключительно набором отражающих зеркал, проходящих через одну и ту же точку. Группа Кокстера ранга n имеет n зеркал и представлена диаграммой Кокстера-Дынкина . Нотация Кокстера предлагает заключенную в скобки нотацию, эквивалентную диаграмме Кокстера, с символами разметки для групп точек вращения и других подсимметричных групп. Группы отражений обязательно ахиральные (за исключением тривиальной группы, содержащей только единичный элемент).

Список групп точек [ править ]

Одно измерение [ править ]

Есть только две одномерные группы точек: группа идентичности и группа отражения.

Два измерения [ править ]

Группы точек в двух измерениях , иногда называемые группами розеток .

Они делятся на две бесконечные семьи:

  1. Циклические группы С п о п - кратных групп вращения
  2. Диэдральные группы D п из п - кратных вращения и групп отражений

Применение теоремы о кристаллографическом ограничении ограничивает n значениями 1, 2, 3, 4 и 6 для обоих семейств, что дает 10 групп.

Конечный изоморфизм и соответствия

Подмножество чисто отражающих точечных групп, определяемых 1 или 2 зеркалами, также может быть задано их группой Кокстера и соответствующими многоугольниками. К ним относятся 5 кристаллографических групп. Симметрия отражающих групп может быть удвоена изоморфизмом , отображая оба зеркала друг на друга с помощью биссектрисы, удваивая порядок симметрии.

Три измерения [ править ]

Точечные группы в трех измерениях , иногда называемые молекулярными точечными группами, после того, как они широко использовались при изучении симметрии малых молекул .

Они входят в 7 бесконечных семейств аксиальных или призматических групп и 7 дополнительных полиэдральных или платоновых групп. В обозначениях Шенфлиса *

  • Осевые группы: C n , S 2 n , C n h , C n v , D n , D n d , D n h
  • Группы полиэдров : T, T d , T h , O, O h , I, I h

Применение кристаллографической теоремы об ограничении к этим группам дает 32 кристаллографические точечные группы .

Группы отражения [ править ]

Конечный изоморфизм и соответствия

Группы точек отражения, определяемые 1-3 зеркальными плоскостями, также могут быть заданы их группой Кокстера и связанными с ними многогранниками. Группа [3,3] может быть удвоена, записана как [[3,3]], отображая первое и последнее зеркала друг на друга, удваивая симметрию до 48 и изоморфная группе [4,3].

Четыре измерения [ править ]

Четырехмерные точечные группы (киральные и ахиральные) перечислены у Конвея и Смита [1], раздел 4, таблицы 4.1–4.3.

Конечный изоморфизм и соответствия

В следующем списке приведены четырехмерные группы отражений (за исключением тех, которые оставляют подпространство фиксированным и, следовательно, являются группами отражений меньшей размерности). Каждая группа определяется как группа Кокстера , и, как многогранные группы 3D, она может быть названа соответствующим выпуклым правильным 4-многогранником . Связанные чистые вращательные группы существуют для каждой с половинным порядком и могут быть представлены скобкой Кокстера с показателем '+', например [3,3,3] + имеет три точки 3-кратного вращения и порядок симметрии 60. Передние-задние симметричные группы, такие как [3,3,3] и [3,4,3], могут быть удвоены, что показано в виде двойных скобок в обозначениях Кокстера, например [[3,3,3]] с его порядком, удвоенным до 240 .

Пять измерений [ править ]

Конечный изоморфизм и соответствия

В следующей таблице приведены пятимерные группы отражений (исключая те, которые являются группами отражений более низкой размерности), путем перечисления их как группы Кокстера . Связанные киральные группы существуют для каждой с половинным порядком и могут быть представлены скобкой Кокстера с показателем '+', например [3,3,3,3] + имеет четыре точки 3-кратного вращения и порядок симметрии 360 .

Шесть измерений [ править ]

Конечный изоморфизм и соответствия

В следующей таблице представлены шестимерные группы отражений (исключая те, которые являются группами отражений более низкой размерности), путем перечисления их как группы Кокстера . Связанные группы чистого вращения существуют для каждой с половинным порядком и могут быть представлены скобкой Кокстера с показателем '+', например [3,3,3,3,3] + имеет пять точек 3-кратного вращения и порядок симметрии 2520.

Семь измерений [ править ]

В следующей таблице представлены семимерные группы отражений (исключая те, которые являются группами отражений более низкой размерности), путем перечисления их как группы Кокстера . Связанные киральные группы существуют для каждой с половинным порядком, определяемым четным числом отражений, и могут быть представлены скобкой Кокстера с показателем '+', например [3,3,3,3,3,3] + имеет шесть точек 3-кратного вращения и порядок симметрии 20160.

Восемь измерений [ править ]

В следующей таблице представлены восьмимерные группы отражений (исключая те, которые являются группами отражений более низкой размерности), путем перечисления их как группы Кокстера . Связанные киральные группы существуют для каждой с половинным порядком, определяемым четным числом отражений, и могут быть представлены скобкой Кокстера с показателем '+', например [3,3,3,3,3,3, 3] + имеет семь точек 3-кратного вращения и порядок симметрии 181440.

См. Также [ править ]

  • Группы точек в двух измерениях
  • Группы точек в трех измерениях
  • Группы точек в четырех измерениях
  • Кристаллография
  • Кристаллографическая точечная группа
  • Молекулярная симметрия
  • Космическая группа
  • дифракция рентгеновских лучей
  • Решетка Браве
  • Инфракрасная спектроскопия карбонилов металлов

Примечания [ править ]

  1. ^ a b Конвей, Джон Х .; Смит, Дерек А. (2003). О кватернионах и октонионах: их геометрия, арифметика и симметрия . А.К. Петерс. ISBN 978-1-56881-134-5.
  2. ^ Кристаллографические пространственные группы в геометрической алгебре , Д. Хестенес и Дж. Холт, Журнал математической физики. 48, 023514 (2007) (22 страницы) PDF [1]

Ссылки [ править ]

  • HSM Coxeter : Kaleidoscopes: Selected Writings of HSM Coxeter , под редакцией Ф. Артура Шерка, Питера Макмаллена, Энтони К. Томпсона, Асии Ивика Вайса, Wiley-Interscience Publication, 1995, ISBN 978-0-471-01003-6 [2] 
    • (Документ 23) HSM Кокстер, Правильные и полурегулярные многогранники II , [Math. Zeit. 188 (1985) 559–591]
  • HSM Coxeter и WOJ Moser. Генераторы и соотношения для дискретных групп 4-е изд., Springer-Verlag. Нью-Йорк. 1980 г.
  • Н. В. Джонсон : Геометрии и преобразования , (2018) Глава 11: Конечные группы симметрии

Внешние ссылки [ править ]

  • Веб-руководство по группам точек (требуется Java и Flash)
  • Перечисление подгрупп (требуется Java)
  • Центр геометрии: 2.1 Формулы симметрий в декартовых координатах (двухмерные)
  • Центр геометрии: 10.1 Формулы симметрии в декартовых координатах (три измерения)