For faster navigation, this Iframe is preloading the Wikiwand page for Квазиправильный многогранник.

Квазиправильный многогранник

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Квазипра́вильный многогра́нник (от лат. quas(i) «наподобие», «нечто вроде») — полуправильный многогранник, который имеет в точности два вида правильных граней, поочерёдно следующих вокруг каждой вершины. Эти многогранники рёберно транзитивны[англ.], а потому на шаг ближе к правильным многогранникам, чем полуправильные, которые лишь вершинно транзитивны.

Квазиправильные фигуры
(3.3)2 (3.4)2 (3.5)2 (3.6)2 (3.7)2 (3.8)2 (3.∞)2
r{3,3} r{3,4} r{3,5} r{3,6} r{3,7}[англ.] r{3,8}[англ.] r{3,∞}[англ.]
node3node_13node node4node_13node node5node_13node node6node_13node node7node_13node node8node_13node nodeinfinnode_13node
Квазиправильные многогранники или мозаики имеют в точности два типа правильных граней, которые располагаются поочерёдно вокруг каждой вершины. Их вершинные фигуры являются прямоугольниками.

Существует только два выпуклых квазиправильных многогранника, кубооктаэдр и икосододекаэдр. Имена этих многогранников, данные Кеплером, происходят от понимания, что их грани содержат все грани двойственной пары куба и октаэдра в первом случае, и двойственной пары икосаэдра и додекаэдра во втором.

Эти формы, представленные парой (правильным многогранником и двойственным ему), могут быть заданы вертикальным символом Шлефли или r{p, q} для представления граней как правильного {p, q}, так и двойственного {q, p} многогранников. Квазиправильный многогранник с этим символом имеет вершинную конфигурацию[англ.] p.q.p.q (или (p.q)2).

В более общем случае квазиправильные фигуры могут иметь вершинную конфигурацию[англ.] (p.q)r, представляющую r (2 или более) граней разного вида вокруг вершины.

Мозаики на плоскости могут быть также квазиправильными, в частности тришестиугольная мозаика с вершинной конфигурацией (3.6)2. Другие квазиправильные мозаики[англ.] существуют в гиперболической плоскости, например, трисемиугольная мозаика[англ.] (3.7)2. Сюда входят мозаики (p.q)2, с 1/p+1/q<1/2.

Некоторые правильные многогранники и мозаики (имеющие чётное число граней в каждой вершине) могут также рассматриваться как квазиправильные путём разделения граней на два множества (как если бы мы их выкрасили в разные цвета). Правильная фигура с символом Шлефли {p, q} может быть квазиправильной и будет иметь вершинную кофигурацию (p.p)q/2, если q чётно.

Правильные и квазиправильные фигуры
Прямоугольные треугольники (p p 2)[1]
{3,4}
r{3,3}
{4,4}
r{4,4}
{5,4}
r{5,5}
{6,4}
r{6,6}
{7,4}
r{7,7}
{8,4}
r{8,8}
{∞,4}
r{∞,∞}
(3.3)2 (4.4)2 (5.5)2[англ.] (6.6)2[англ.] (7.7)2[англ.] (8.8)2[англ.] (∞.∞)2[англ.]
node3node_13node node4node_14node node5node_15node node6node_16node node7node_17node node8node_18node nodeinfinnode_1infinnode

Квадратный паркет

5-угольная мозаика 4-го порядка[англ.]

6-угольная мозаика 4-го порядка[англ.]

7-угольная мозаика 4-го порядка[англ.]

8-угольная мозаика 4-го порядка[англ.]

∞-угольная мозаика 4-го порядка[англ.]
Треугольники общего вида (p p 3)[2]
{3,6} {4,6}[англ.] {5,6}[англ.] {6,6}[англ.] {7,6}[англ.] {8,6}[англ.] {∞,6}[англ.]
(3.3)3 (4.4)3 (5.5)3 (6.6)3 (7.7)3 (8.8)3 (∞.∞)3
branchsplit2node_1 branchsplit2-44node_1 branchsplit2-55node_1 branchsplit2-66node_1 branchsplit2-77node_1 branchsplit2-88node_1 branchsplit2-iinode_1
Треугольники общего вида (p p 4)
{3,8}[англ.] {4,8}[англ.] {5,8}[англ.] {6,8}[англ.] {7,8}[англ.] {8,8}[англ.] {∞,8}[англ.]
(3.3)4 (4.4)4 (5.5)4 (6.6)4 (7.7)4 (8.8)4 (∞.∞)4
label4branchsplit2node_1 label4branchsplit2-44node_1 label4branchsplit2-55node_1 label4branchsplit2-66node_1 label4branchsplit2-77node_1 label4branchsplit2-88node_1 label4branchsplit2-iinode_1
Правильный многогранник или мозаика могут считаться квазиправильными, если они имеют чётное число граней при каждой вершине (а потому могут быть выкрашены в два цвета, чтобы соседние грани имели разные цвета).

Октаэдр можно считать квазиправильным как тетратетраэдр, (3a.3b)2, с раскрашенными попеременно треугольными гранями. Подобным же образом квадратную мозаику (4a.4b)2 можно считать квазиправильной, если раскрасить в стиле шахматной доски. Также и грани треугольной мозаики могут быть выкрашены в два альтернативных цвета, (3a.3b)3.

Построение Витхоффа

[править | править код]

Правильные (p | 2 q) и квазиправильные многогранники (2 | p q) получаются построением Витхоффа с генераторной точкой на одном из 3 углов фундаментальной области. Это задаёт единственное ребро внутри фундаментальной области.
Квазиправильные многогранники генерируются из всех 3 углов фундаментальной области для треугольников Шварца, не имеющих прямых углов:
q | 2 p, p | 2 q, 2 | p q

Коксетер определяет квазиправильный многогранник как многогранник, имеющий Символ Витхоффа[англ.] вида p | q r, и он будет правильным, если q=2 или q=r [3].

Диаграммы Коксетера — Дынкина является другой формой символического представления, которое позволяет показать связь между двумя двойственно-правильными формами:

Символ Шлефли Диаграммы Коксетера — Дынкина Символ Витхоффа[англ.]
{p, q} node_1pnodeqnode q | 2 p
{q, p} nodepnodeqnode_1 p | 2 q
r{p, q} nodepnode_1qnode 2 | p q

Выпуклые квазиправильные многогранники

[править | править код]

Существует два выпуклых квазиправильных многогранника:

  1. Кубооктаэдр , вершинная конфигурация (3.4)2, диаграмма Коксетера — Дынкина node4node_13node
  2. Икосододекаэдр , вершинная конфигурация (3.5)2, диаграмма Коксетера — Дынкина node5node_13node

Кроме того, октаэдр, являющийся также правильным, , с вершинной конфигурацией (3.3)2, может также считаться квазиправильным, если соседним граням дать различные цвета. В таком виде его иногда называют тетратетраэдром. Оставшиеся выпуклые правильные многогранники имеют нечётное число граней при каждой вершине и не могут быть выкрашены так, чтобы обеспечить транзитивность рёбер. Тетратетраэдр имеет диаграмму Коксетера — Дынкина node3node_13node.

Каждый из них образует общее ядро двойственной пары правильных многогранников. Имена (двух из) этих ядер напоминают о связанных двойственных парах, соответственно куб + октаэдр и икосаэдр + додекаэдр. Октаэдр является ядром двойственной пары тетраэдров, и при таком способе получения обычно называют его тетратетраэдром.

Правильный Двойственный
правильный
Квазиправильный Вершинная фигура

Тетраэдр
{3,3}
node_13node3node
3 | 2 3

Тетраэдр
{3,3}
node3node3node_1
3 | 2 3

Тетратетраэдр
r{3,3}
node3node_13node
2 | 3 3

3.3.3.3

Куб
{4,3}
node_14node3node
3 | 2 4

Октаэдр
{3,4}
node4node3node_1
4 | 2 3

Кубооктаэдр
r{3,4}
node4node_13node
2 | 3 4

3.4.3.4

Додекаэдр
{5,3}
node_15node3node
3 | 2 5

Икосаэдр
{3,5}
node5node3node_1
5 | 2 3

Икосододекаэдр
r{3,4}
node5node_13node
2 | 3 5

3.5.3.5

Каждый из этих квазиправильных многогранников можно построить с помощью полного усечения любого из родителей, усекая рёбра полностью, пока они не превратятся в точки.

Квазиправильные мозаики

[править | править код]

Эту последовательность продолжает тришестиугольная мозаика с вершинной фигурой 3.6.3.6 — квазиправильная мозаика, основанная на треугольной мозаике и шестиугольной мозаике.

Правильный многоугольник Двойственный правильный Квазиправильный Вершинная фигура

шестиугольная
мозаика

{6,3}
node6node3node_1
6 | 2 3

треугольная
мозаика

{3,6}
node_16node3node
3 | 2 6

тришестиугольная
мозаика

r{5,3}
node6node_13node
2 | 3 6

3.6.3.6

Рисунок шахматной доски является квазиправильной раскраской квадратной мозаики с вершинной фигурой 4.4.4.4:

Правильный многоугольник Двойственный правильный Квазиправильный Вершинная фигура

{4,4}
node4node4node_1
4 | 2 4

{4,4}
node_14node4node
4 | 2 4

r{4,4}
node4node_14node
2 | 4 4

4.4.4.4

Треугольную мозаику можно также считать квазиправильной, с тремя множествами альтернированных треугольников в каждой вершине, (3.3)3:


h{6,3}
3 | 3 3
branch_10rusplit2node = node_h6node3node

На гиперболической плоскости (плоскости Лобачевского) эта последовательность продолжается дальше, например, трисемиугольная мозаика[англ.] с вершинной фигурой 3.7.3.7 — это квазиправильная мозаика, основанная на треугольной мозаике 7-го порядка и семиугольной мозаике.

Правильный многоугольник Двойственный правильный Квазиправильный Вершинная фигура

Семиугольная
мозаика
{7,3}
node7node3node_1
7 | 2 3

Треугольный
паркет
{3,7}
node_17node3node
3 | 2 7

Трисемиугольная
мозаика
[англ.]
r{3,7}
node7node_13node
2 | 3 7

3.7.3.7

Невыпуклые примеры

[править | править код]

Коксетер и др. (1954) классифицировали также некоторые звёздчатые многогранники, имеющие квазиправильные характеристики:

Два многогранника основываются на двойственных парах правильных тел Кеплера — Пуансо.

Большой икосододекаэдр и додекододекаэдр :

Правильный Двойственный правильный Квазиправильный Вершинная фигура

Большой звёздчатый додекаэдр
{5/2,3}
node_15ratd2node3node
3 | 2 5/2

Большой икосаэдр
{3,5/2}
node5ratd2node3node_1
5/2 | 2 3

Большой икосододекаэдр
r{3,5/2}
node5ratd2node_13node
2 | 3 5/2

3.5/2.3.5/2

Малый звёздчатый додекаэдр
{5/2,5}
node_15ratd2node5node
5 | 2 5/2

Большой додекаэдр
{5,5/2}
node5ratd2node5node_1
5/2 | 2 5

Додекододекаэдр
r{5,5/2}
node5ratd2node_15node
2 | 5 5/2

5.5/2.5.5/2

Наконец, существует три битригональных[англ.] вида, вершинные фигуры которых содержат три перемежающихся типа граней:

Рисунок Название многогранника
Символ Витхоффа[англ.]
Диаграмма
Коксетера
Вершинная фигура
Битреугольный
додекододекаэдр
[англ.]
3 | 5/3 5
or node5node_h35-2node

(5.5/3)3
Малый битреугольный
икосододекаэдр
[англ.]
3 | 5/2 3
or node_h35node3node

(3.5/2)3
Большой битреугольный
икосододекаэдр
[англ.]
3/2 | 3 5
or node_h35-2node3node

((3.5)3)/2

Квазиправильные двойственные

[править | править код]

Некоторые авторы высказывают мнение, что, поскольку двойственные многогранники к квазиправильным имеют те же симметрии, эти двойственные тела тоже следует считать квазиправильными, но не все математики придерживаются такого мнения. Эти двойственные многогранники транзитивны относительно своих рёбер и граней (но не вершин). Они являются рёберно транзитивными телами Каталана[англ.]. Выпуклые формы, согласно порядку многогранника (как выше):

  1. Ромбододекаэдр с двумя типами перемежающихся вершин, 8 вершин с тремя ромбическими гранями, и 6 вершин с четырьмя ромбическими гранями.
  2. Ромботриаконтаэдр с двумя типами перемежающихся вершин, 20 вершин с тремя ромбическими гранями, и 12 вершин с пятью ромбическими гранями.

Кроме того, будучи двойственным октаэдру, куб, являющийся правильным, может быть сделан квазиправильным, если раскрасить его вершины в два цвета, так, чтобы вершины на одном ребре имели разные цвета.

Их конфигурация грани имеет вид V3.n.3.n, а диаграмма Коксетера — Дынкина node3node_f1nnode

Куб
V(3.3)2
node3node_f13node
Ромбододекаэдр
V(3.4)2
node3node_f14node
Ромботри-
аконтаэдр

V(3.5)2
node3node_f15node
Ромбическая мозаика
V(3.6)2
node3node_f16node
V(3.7)2
node3node_f17node
V(3.8)2
node3node_f18node

Эти три квазиправильных двойственных многогранника характерны наличием ромбических граней.

Эта ромбическая структура граней продолжает V(3.6)2, ромбическая мозаика.

Квазиправильные многогранники в 4-мерном пространстве и квазиправильные соты

[править | править код]
Общая вершинная фигура — квазиправильный тетратетраэдр, node_1split1nodes, то же самое, что и правильный октаэдр

В евклидовом 4-мерном пространстве правильный шестнадцатиячейник можно считать квазиправильным как альтернированный тессеракт, h{4,3,3}, Диаграммы Коксетера — Дынкина: node_h14node3node3node = nodes_10rusplit2node3node, состоящий из альтернированных тетраэдраэдральных и тетраэдральных ячеек. Его вершинная фигура — это квазиправильный тетратетраэдр (октаэдр с тетраэдральной симметрией), node3node_13node.

Единственные квазиправильные соты в евклидовом 3-мерном пространстве — альтернированные кубические соты[англ.], h{4,3,4}, диаграмма Коксетера — Дынкина: node_h14node3node4node = nodes_10rusplit2node4node, состоящие из альтернированных тетраэдральных и октаэдральных ячеек. Их вершинные фигуры являются квазиправильными кубооктаэдрами, node4node_13node [4].

Общая вершинная фигура — квазиправильный треугольный паркет, node_13node6node_h0 = node_1split1branch

В гиперболическом 3-мерном пространстве квазиправильными сотами являются альтернированные кубические соты 5-го порядка[англ.], h{4,3,5}, диаграммы Коксетера — Дынкина: node_h14node3node5node = nodes_10rusplit2node5node, составленные из альтернированных тетраэдральных и икосаэдральных ячеек. Вершинная фигура — квазиправильный икосододекаэдр, node5node_13node. Связанные паракомпактные альтернированные кубические соты 6-го порядка[англ.], h{4,3,6} имеют альтернированные тетраэдральные и шестиугольные мозаичные ячейки с вершинной фигурой, которая является тришестиугольной мозаикой, node6node_13node.

Квазиправильные многогранники и соты: h{4,p,q}
Пространство Конечное Аффинное Компактное Паракомпактное
Название h{4,3,3} h{4,3,4} h{4,3,5} h{4,3,6} h{4,4,3} h{4,4,4}
Диаграмма
Коксетера
node_h14node3node3node node_h14node3node4node node_h14node3node5node node_h14node3node6node node_h14node4node3node node_h14node4node4node
nodes_10rusplit2node3node nodes_10rusplit2node4node nodes_10rusplit2node5node nodes_10rusplit2node6node nodes_10rusplit2-44node3node nodes_10rusplit2-44node4node
nodessplit2node3node_1 nodessplit2-43node3node_1 nodessplit2-53node3node_1 nodessplit2-63node3node_1 nodessplit2-43node4node_1 nodessplit2-44node4node_1
Рисунок
Вершинная
фигура

r{p,3}

node3node_13node

node4node_13node

node5node_13node

node6node_13node

node4node_13node

node4node_14node

Можно уменьшить симметрию правильных многогранных сот вида {p,3,4} или node_1pnode3node4node как node_1pnode3node4node_h0 и получить квазиправильный вид node_1pnodesplit1nodes, создавая попеременную раскраску {p,3} ячеек. Это можно сделать для евклидовых кубических сот {4,3,4} с кубическими ячейками, для компактных гиперболических сот {5,3,4} с додекаэдральными ячейками и паракомпактных сот {6,3,4} с конечными шестиугольными мозаичными ячейками. Они имеют четыре ячейки вокруг каждого ребра, попеременно выкрашенные в 2 цвета. Их вершинные фигуры — квазиправильные тетраэдры, node_13node4node_h0 = node_1split1nodes.

Правильные и квазиправильные соты: {p,3,4} и {p,31,1}
Пространство Евклидово 4-мерное Евклидово 3-мерное Гиперболическое 3-мерное
Название {3,3,4}
{3,31,1} =
{4,3,4}
{4,31,1} =
{5,3,4}
{5,31,1} =
{6,3,4}
{6,31,1} =
Диаграмма
Коксетера
node_13node3node4node_h0 = node_13nodesplit1nodes node_14node3node4node_h0 = node_14nodesplit1nodes node_15node3node4node_h0 = node_15nodesplit1nodes node_16node3node4node_h0 = node_16nodesplit1nodes
Рисунок
Ячейки
{p,3}

node_13node3node

node_14node3node

node_15node3node

node_16node3node

Таким же образом можно уменьшить вдвое симметрию правильных гиперболических сот вида {p,3,6} или node_1pnode3node6node как node_1pnode3node6node_h0 и получить квазиправильный вид node_1pnodesplit1branch, задавая попеременную раскраску {p,3} ячеек. Они имеют шесть ячеек вокруг каждого ребра, поочерёдно выкрашенные в 2 цвета. Их вершинные фигуры — квазиправильные треугольные мозаики, node_1split1branch.

Гиперболические однородные соты: {p,3,6} и {p,3[3]}
Вид Паракомпактные Некомпактные
Название {3,3,6}
{3,3[3]}
{4,3,6}
{4,3[3]}
{5,3,6}
{5,3[3]}
{6,3,6}
{6,3[3]}
{7,3,6}
{7,3[3]}
{8,3,6}
{8,3[3]}
... {∞,3,6}
{∞,3[3]}
node_1pnode3node6node
node_1pnodesplit1branch
node_13node3node6node
node_13nodesplit1branch
node_14node3node6node
node_14nodesplit1branch
node_1ultranodesplit1branchuaubnodes_11
node_15node3node6node
node_15nodesplit1branch
node_16node3node6node
node_16nodesplit1branch
node_1splitplit1ubranch4u_11uabcbranch4usplitplit2unode
node_17node3node6node
node_17nodesplit1branch
node_18node3node6node
node_18nodesplit1branch
node_1infinnode3node6node
node_1infinnodesplit1branch
Рисунок
Ячейки
{3,3}
node_13node3node

{4,3}
node_14node3node

{5,3}
node_15node3node

{6,3}
node_16node3node

{7,3}
node_17node3node

{8,3}
node_18node3node

{∞,3}
node_1infinnode3node

Примечания

[править | править код]
  1. Фундаментальная область в виде прямоугольного треугольника
  2. Фундаментальная область в виде треугольника общего вида
  3. Coxeter, Longuet-Higgins, Miller, 1954, с. 401–450.
  4. Coxeter, 1973, с. 69, 88.

Литература

[править | править код]
  • P. Cromwell. Polyhedra. — United Kingdom: Cambridge University Press, 1997. — ISBN 0-521-55432-2.
  • H.S.M Coxeter. Regular Polytopes[англ.]. — 3rd edition. — New York: Dover Publications Inc., 1973. — ISBN 0-486-61480-8. (стр.17 Глава 2.3: Quasi-Regular Polyhedra, стр. 69 Quasi-regular honeycombs p. 69
  • H. S. M. Coxeter, M. S. Longuet-Higgins, J. C. P. Miller. Uniform polyhedra // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. — The Royal Society, 1954. — Т. 246, вып. 916. — С. 401–450. — ISSN 0080-4614. — doi:10.1098/rsta.1954.0003. — JSTOR 91532. (Section 7, The regular and quasiregular polyhedra p | q r)
Для улучшения этой статьи желательно: Проверить качество перевода с иностранного языка.Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии.После исправления проблемы исключите её из списка. Удалите шаблон, если устранены все недостатки.
{{bottomLinkPreText}} {{bottomLinkText}}
Квазиправильный многогранник
Listen to this article

This browser is not supported by Wikiwand :(
Wikiwand requires a browser with modern capabilities in order to provide you with the best reading experience.
Please download and use one of the following browsers:

This article was just edited, click to reload
This article has been deleted on Wikipedia (Why?)

Back to homepage

Please click Add in the dialog above
Please click Allow in the top-left corner,
then click Install Now in the dialog
Please click Open in the download dialog,
then click Install
Please click the "Downloads" icon in the Safari toolbar, open the first download in the list,
then click Install
{{::$root.activation.text}}

Install Wikiwand

Install on Chrome Install on Firefox
Don't forget to rate us

Tell your friends about Wikiwand!

Gmail Facebook Twitter Link

Enjoying Wikiwand?

Tell your friends and spread the love:
Share on Gmail Share on Facebook Share on Twitter Share on Buffer

Our magic isn't perfect

You can help our automatic cover photo selection by reporting an unsuitable photo.

This photo is visually disturbing This photo is not a good choice

Thank you for helping!


Your input will affect cover photo selection, along with input from other users.

X

Get ready for Wikiwand 2.0 🎉! the new version arrives on September 1st! Don't want to wait?