Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлен с Uniform 4-honeycomb )
Перейти к навигации Перейти к поиску

В геометрии , A равномерный 5-многогранник является пятимерной равномерной многогранник . По определению равномерный 5-многогранник является вершинно-транзитивным и построен из граней равномерного 4-многогранника .

Полный набор выпуклых однородных 5-многогранников не определен, но многие из них могут быть построены как конструкции Уайтхоффа из небольшого набора групп симметрии . Эти операции построения представлены перестановками колец диаграмм Кокстера .

История открытия [ править ]

  • Правильные многогранники : (выпуклые грани)
    • 1852 : Людвиг Шлефли доказал в своей рукописи Theorie der vielfachen Kontinuität, что существует ровно 3 правильных многогранника в 5 или более измерениях .
  • Выпуклые полуправильные многогранники : (Различные определения до равномерной категории Кокстера )
    • 1900 : Торольд Госсет перечислил список непризматических полуправильных выпуклых многогранников с правильными гранями ( выпуклые правильные 4-многогранники ) в своей публикации « О правильных и полурегулярных фигурах в пространстве n измерений» . [1]
  • Выпуклые равномерные многогранники :
    • 1940-1988 : Поиск был систематически расширен HSM Coxeter в его публикации Regular and Semi-Regular Polytopes I, II, and III .
    • 1966 : Норман У. Джонсон защитил докторскую диссертацию. Диссертация по Кокстеру, Теория однородных многогранников и сот , Университет Торонто.

Правильные 5-многогранники [ править ]

Правильные 5-многогранники могут быть представлены символом Шлефли {p, q, r, s} с гранями s {p, q, r} 4-многогранников вокруг каждой грани . Таких правильных многогранников ровно три, все выпуклые:

  • {3,3,3,3} - 5-симплекс
  • {4,3,3,3} - 5 куб.
  • {3,3,3,4} - 5-ортоплекс

Не существует невыпуклых правильных многогранников в 5,6,7,8,9,10,11 и 12 измерениях.

Выпуклые равномерные 5-многогранники [ править ]

Нерешенная задача по математике :

Что такое полный набор однородных 5-многогранников?

(больше нерешенных задач по математике)

Существует 104 известных выпуклых однородных 5-многогранников, а также множество бесконечных семейств дуопризм и дуопризм многоугольников и многогранников. Все, кроме большой антипризмы , основаны на конструкциях Уайтхоффа , симметрия отражения генерируется группами Кокстера . [ необходима цитата ]

Симметрия однородных 5-многогранников в четырех измерениях [ править ]

5-симплекс является регулярной формой в А - 5 семьи. 5-куба и 5-orthoplex являются регулярные формы в B 5 семьи. Бифуркационный граф семейства D 5 содержит 5-ортоплекс , а также 5-полукуб, который является чередующимся 5-кубом .

Каждый отражающий однородный 5-многогранник может быть построен в одной или нескольких группах отражающих точек в 5 измерениях с помощью конструкции Витхоффа , представленной кольцами вокруг перестановок узлов на диаграмме Кокстера . Зеркальные гиперплоскости могут быть сгруппированы по цветным узлам, разделенным четными ветвями. Группы симметрии вида [a, b, b, a] обладают расширенной симметрией [[a, b, b, a]], как и [3,3,3,3], удваивая порядок симметрии. Равномерные многогранники в этой группе с симметричными кольцами содержат эту расширенную симметрию.

Если в данном однородном многограннике все зеркала данного цвета не закручены (неактивны), он будет иметь конструкцию с более низкой симметрией, удалив все неактивные зеркала. Если все узлы данного цвета обведены (активны), операция чередования может сгенерировать новый 5-многогранник с хиральной симметрией, показанный как «пустые» обведенные узлы », но геометрия обычно не регулируется для создания однородных решений.

Соответствия диаграмм Кокстера между семействами и высшая симметрия внутри диаграмм. Узлы одного цвета в каждом ряду представляют собой одинаковые зеркала. Черные узлы в переписке не активны.
Фундаментальные семьи [2]
Однородные призмы

Существует 5 конечных категориальных однородных призматических семейств многогранников, основанных на непризматических однородных 4-многогранниках . Существует одно бесконечное семейство 5-многогранников, основанное на призмах равномерных дуопризм {p} × {q} × {}.

Однородные дуопризмы

Есть 3 категорного однородное duoprismatic семейства многогранников на основе декартовых произведений в равномерных многогранниках и правильных многоугольников : { д , г } × { р }.

Перечисление выпуклых равномерных 5-многогранников [ править ]

  • Семейство симплексных : A 5 [3 4 ]
    • 19 однородных 5-многогранников
  • Семейство Hypercube / Orthoplex : BC 5 [4,3 3 ]
    • 31 равномерный 5-многогранник
  • Семейство Demihypercube D 5 / E 5 : [3 2,1,1 ]
    • 23 однородных 5-многогранников (8 уникальных)
  • Призмы и дуопризмы:
    • 56 однородных 5-многогранников (45 уникальных) построений на основе призматических семейств: [3,3,3] × [], [4,3,3] × [], [5,3,3] × [], [3 1,1,1 ] × [].
    • Один не-Витоффиан. Большая антипризменная призма - единственный известный невыпуклый однородный 5-многогранник, не относящийся к Витоффу, состоящий из двух больших антипризм, соединенных многогранными призмами.

В результате получается: 19 + 31 + 8 + 45 + 1 = 104.

Дополнительно есть:

  • Бесконечно много равномерных 5-многогранников, построенных на основе призматических семейств дуопризм: [p] × [q] × [].
  • Бесконечно много равномерных 5-многогранников, построенных на основе дуопризматических семейств: [3,3] × [p], [4,3] × [p], [5,3] × [p].

Аналого 5 семья [ править ]

Существует 19 форм, основанных на всех перестановках диаграмм Кокстера с одним или несколькими кольцами. (16 + 4-1 ящика)

Они названы Норманом Джонсоном из операций по построению Wythoff на регулярном 5-симплексе (гексатероне).

5 семейство имеет симметрию порядка 720 (6 факториала ). 7 из 19 рисунков с симметрично окольцованными диаграммами Кокстера имеют двойную симметрию порядка 1440.

Координаты однородных 5-многогранников с 5-симплексной симметрией могут быть сгенерированы как перестановки простых целых чисел в 6-пространстве, все в гиперплоскостях с вектором нормали (1,1,1,1,1,1).

B 5 семьи [ править ]

B 5 семейство имеет симметрию порядка 3840 (5! × 2 5 ).

Это семейство имеет 2 5 -1 = 31 однородных многогранников Витоффа, порожденных маркировкой одного или нескольких узлов диаграммы Кокстера .

Для простоты он разделен на две подгруппы, в каждой по 12 форм, и 7 «средних» форм, которые в равной степени принадлежат обеим.

Семейство 5-кубов из 5-многогранников задается выпуклыми оболочками базовых точек, перечисленных в следующей таблице, со всеми перестановками координат и знаков. Каждая базовая точка порождает отдельный однородный 5-многогранник. Все координаты соответствуют однородным 5-многогранникам с длиной ребра 2.

D 5 семьи [ править ]

D 5 семейство имеет симметрию порядка 1920 (5! Х 2 4 ).

Это семейство состоит из 23 однородных многогранников Витоффа из 3x8-1 перестановок диаграммы Кокстера D 5 с одним или несколькими кольцами. 15 (2x8-1) повторяются из семейства B 5, а 8 являются уникальными для этого семейства.

Однородные призматические формы [ править ]

Существует 5 конечных категориальных однородных призматических семейств многогранников, основанных на непризматических однородных 4-многогранниках :

A 4 × A 1 [ править ]

Это призматическое семейство состоит из 9 форм :

1 х А 4 семейство имеет симметрию порядка 240 (2 * 5!).

B 4 × A 1 [ править ]

Это призматическое семейство насчитывает 16 форм . (Три из них делятся с семьей [3,4,3] × [])

1 × B 4 семейство имеет симметрию порядка 768 (2 5 4!).

F 4 × A 1 [ править ]

Это призматическое семейство состоит из 10 форм .

1 х Р 4 семейство имеет симметрию порядка 2304 (2 * 1152). Три многогранника 85, 86 и 89 (зеленый фон) имеют двойную симметрию [[3,4,3], 2], порядок 4608. Последний, плоскодонная 24-элементная призма (синий фон) имеет [3 + , 4, 3,2] симметрии порядка 1152.

H 4 × A 1 [ редактировать ]

Это призматическое семейство насчитывает 15 форм :

1 х 4 семейство имеет симметрию порядка 28800 (2 * 14400).

Большая призма антипризмы [ править ]

Большая призма антипризмы является единственным известным выпуклым невитоффовским однородным 5-многогранником. Он имеет 200 вершин, 1100 ребер, 1940 граней (40 пятиугольников, 500 квадратов, 1400 треугольников), 1360 ячеек (600 тетраэдров , 40 пятиугольных антипризм , 700 треугольных призм , 20 пятиугольных призм ) и 322 гиперячейки (2 большие антипризмы , 20 пятиугольных призм ). призмы антипризмы и 300 тетраэдрических призм ).

Замечания о конструкции Витхоффа для равномерных 5-многогранников [ править ]

Построение отражающих 5-мерных однородных многогранников выполняется с помощью процесса построения Wythoff и представляется через диаграмму Кокстера , где каждый узел представляет собой зеркало. Узлы обведены кружком, чтобы обозначить, какие зеркала активны. Сгенерированный полный набор однородных многогранников основан на уникальных перестановках кольцевых узлов. Равномерные 5-многогранники называются по отношению к правильным многогранникам в каждом семействе. У некоторых семейств есть два обычных конструктора, поэтому их можно назвать двумя способами.

Вот основные операторы, доступные для построения и наименования однородных 5-многогранников.

Последняя операция, пренебрежение и, в более общем смысле, чередование - это операция, которая может создавать неотражающие формы. Они нарисованы «полыми кольцами» в узлах.

Призматические формы и бифуркационные графы могут использовать ту же нотацию индексации усечения, но для ясности требуют явной системы нумерации узлов.

Обычные и однородные соты [ править ]

Соответствия диаграмм Кокстера между семействами и высшая симметрия внутри диаграмм. Узлы одного цвета в каждом ряду представляют собой одинаковые зеркала. Черные узлы в переписке не активны.

Есть пять фундаментальных аффинных групп Кокстера и 13 призматических групп, которые порождают регулярные и однородные мозаики в евклидовом 4-пространстве. [4] [5]

Есть три правильных соты евклидова 4-мерного пространства:

  • тессератические соты с символами {4,3,3,4},CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel node.png знак равно CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel split1.pngCDel nodes.png. В этом семействе 19 однородных сот.
  • 24-элементный сотовый , с символами {3,4,3,3},CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png. В этом семействе 31 отражающий однородный сот и одна чередующаяся форма.
    • Усеченные 24- ячеечные соты с символами t {3,4,3,3},CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
    • Сотовый элемент из 24 ячеек с символами s {3,4,3,3},CDel узел h.pngCDel 3.pngCDel узел h.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png и CDel узел h.pngCDel 3.pngCDel узел h.pngCDel 3.pngCDel узел h.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngсостоит из четырех плоскодонных 24-ячеек , одной 16- ячеечной и пяти 5-ячеек в каждой вершине.
  • 16- ячеечные соты с символами {3,3,4,3},CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png

Другие семейства, образующие однородные соты:

  • Всего насчитывается 23 однозначно окольцованных формы, 8 новых в семействе 16-ячеечных сот . С символами h {4,3 2 , 4} он геометрически идентичен 16-ячеечной соте ,CDel node.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel узел h1.png знак равно CDel node.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel split1.pngУзлы CDel 10lu.png
  • Есть 7 уникально окольцованных форм из ,CDel branch.pngCDel 3ab.pngCDel nodes.pngCDel split2.pngCDel node.png семья, все новое, в том числе:
    • 4-х симплексные соты CDel branch.pngCDel 3ab.pngCDel nodes.pngCDel split2.pngCDel node 1.png
    • Усеченные 4-симплексные соты CDel branch 11.pngCDel 3ab.pngCDel nodes.pngCDel split2.pngCDel node.png
    • Омнитусеченные 4-симплексные соты CDel branch 11.pngCDel 3ab.pngУзлы CDel 11.pngCDel split2.pngCDel node 1.png
  • Есть 9 однозначно окольцованных форм в : [3 1,1,1,1 ]CDel nodes.pngCDel split2.pngCDel node.pngCDel split1.pngCDel nodes.pngсемья, две новые, в том числе четверть тессерактическая сотовая ,CDel nodes 10ru.pngCDel split2.pngCDel node.pngCDel split1.pngУзлы CDel 10lu.png знак равно CDel узел h1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel узел h1.png, и усеченные тессерактические соты ,CDel nodes 10ru.pngCDel split2.pngCDel node 1.pngCDel split1.pngУзлы CDel 10lu.png знак равно CDel узел h1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel узел h1.png.

Невитофианские однородные мозаики в четырехмерном пространстве также существуют за счет удлинения (вставка слоев) и вращения (вращение слоев) из этих отражающих форм.

Компактные регулярные мозаики гиперболического 4-мерного пространства [ править ]

В пространстве H 4 есть пять видов выпуклых регулярных сот и четыре типа сот в форме звезды : [6]

В пространстве H 4 есть четыре правильных звезды-соты :

Регулярные и однородные гиперболические соты [ править ]

Существует 5 компактных гиперболических групп Кокстера ранга 5, каждая из которых порождает однородные соты в гиперболическом 4-пространстве как перестановки колец диаграмм Кокстера. Есть также 9 паракомпактных гиперболических групп Кокстера ранга 5 , каждая из которых порождает однородные соты в 4-пространстве как перестановки колец диаграмм Кокстера. Паракомпактные группы образуют соты с бесконечными гранями или фигурами вершин .

Заметки [ править ]

  1. ^ Т. Госсет : О регулярных и полурегулярных фигурах в пространстве n измерений , Вестник математики, Macmillan, 1900
  2. ^ Регулярные и полурегулярные многогранники III, стр. 315 Три конечные группы 5-мерности
  3. ^ Косетер , регулярные многогранники , §12.6 Число отражений, уравнение 12,61
  4. ^ Регулярные многогранники, p.297. Таблица IV, Фундаментальные области для неприводимых групп, порожденных отражениями.
  5. ^ Правильные и полуправильные многогранники, II, стр. 298-302. Четырехмерные соты.
  6. ^ Кокстер, Красота геометрии: Двенадцать эссе, Глава 10: Регулярные соты в гиперболическом пространстве, Сводные таблицы IV p213

Ссылки [ править ]

  • Т. Госсет : О правильных и полурегулярных фигурах в пространстве n измерений , Вестник математики , Macmillan, 1900 (3 правильных и один полуправильный 4-многогранник)
  • А. Буль Стотт : Геометрическая дедукция полуправильных из правильных многогранников и заполнения пространства , Верханделинген из академии Koninklijke van Wetenschappen, единица ширины Амстердам, Eerste Sectie 11,1, Амстердам, 1910
  • HSM Coxeter :
    • HSM Coxeter , Regular Polytopes , 3rd Edition, Dover New York, 1973 (стр. 297 Фундаментальные области для неприводимых групп, порожденных отражениями, сферическими и евклидовыми)
    • HSM Coxeter , The Beauty of Geometry: Twelve Essays (Глава 10: Регулярные соты в гиперболическом пространстве, Сводные таблицы IV, стр. 213)
  • Калейдоскопы: Избранные сочинения HSM Coxeter , отредактированные Ф. Артуром Шерком, Питером Макмалленом, Энтони С. Томпсоном, Азией Ивичем Вайс, публикацией Wiley-Interscience, 1995, ISBN  978-0-471-01003-6 [1]
    • (Документ 22) HSM Кокстер, Правильные и полурегулярные многогранники I , [Math. Zeit. 46 (1940) 380-407, MR 2,10]
    • (Документ 23) HSM Кокстер, Правильные и полурегулярные многогранники II , [Math. Zeit. 188 (1985) 559-591] (стр. 287 5D Евклидовы группы, стр. 298 Четырехмерные соты)
    • (Документ 24) HSM Кокстер, Правильные и полурегулярные многогранники III , [Math. Zeit. 200 (1988) 3-45]
  • Н. В. Джонсон : Теория однородных многогранников и сот , доктор философии. Диссертация, Университет Торонто, 1966 г.
  • Джеймс Э. Хамфрис, Группы отражения и группы Кокстера , Кембриджские исследования по высшей математике, 29 (1990) (стр. 141, 6.9 Список гиперболических групп Кокстера, рис. 2) [2]

Внешние ссылки [ править ]

  • Клитцинг, Ричард. «5D однородные многогранники (многогранники)» .