For faster navigation, this Iframe is preloading the Wikiwand page for Упаковка тетраэдров.

Упаковка тетраэдров

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Упаковка тетраэдров — это задача расположения одинаковых правильных тетраэдров в трёхмерном пространстве так, чтобы заполнить как можно большую долю пространства.

Известная на настоящее время самая плотная упаковка правильными тетраэдрами — это двойная решётка[англ.] треугольных бипирамид, заполняющая 85,63 % пространства

На настоящее время лучшей границей плотности упаковки, полученной для оптимальной упаковки правильных тетраэдров, является число 85,63 %[1]. Тетраэдры не замощают пространство[2] и, как известно, верхняя граница заполнения находится ниже 100 % (а именно, 1 − (2,6…)·10−25) [3].

Исторические результаты

[править | править код]
Тетраэдральная упаковка продуктов

Аристотель утверждал, что тетраэдры должны заполнять пространство полностью[4].

В 2006 году Конвей и Торквато показали, что плотность упаковки около 72 % может быть получена построением решётки тетраэдров, не являющейся решёткой Браве (с несколькими частями, имеющими различную ориентацию), и показали, что лучшая упаковка тетраэдров не может быть решёточной упаковкой (с одним элементом на повторяющийся блок и когда каждый элемент имеет одну и ту же ориентацию)[5]. Эти построения почти удваивают оптимальную плотность упаковки на основе решётки Браве, которую получил Хойлман и плотность которой равна 36,73 %[6]. В 2007 и 2010 годах Чайкин с коллегами показали, что похожие на тетраэдр тела могут быть случайным образом упакованы в конечный контейнер с плотностью упаковки между 75 % и 76 %[7]. В 2008 году Чен первой предложила упаковку правильных тетраэдров, которая плотнее упаковки сфер, а именно, 77,86 %[8][9]. Улучшения сделали Торквато и Цзяо в 2009 году, сжав конструкцию Чен с помощью компьютерного алгоритма и получив долю упаковки 78,2021 %[10].

В середине 2009 года Хаджи-Акбари с соавторами показали, используя метод Монте-Карло для первоначально случайной системы с плотностью упаковки >50 %, что равновесный поток твёрдых тетраэдров спонтанно преобразуется в двенадцатиугольный квазикристалл, который может быть сжат до 83,24 %. Они также описали хаотическую упаковку с плотностью, превосходящей 78 %. Для периодической аппроксимации квазикристаллами с ячейкой из 82 тетраэдров они получили плотность упаковки 85,03 %[11].

В конце 2009 года новое, более простое семейство упаковок с плотностью 85,47 % открыли Каллус, Элзер и Гравел[12]. На основе этих упаковок, слегка их улучшив, Торквато и Цзяо в конце 2009 года получили и плотность 85,55 %[13]. В начале 2010 года Чен, Энгел и Глотцер получили плотность 85,63 %[1], и сейчас этот результат является самой плотной упаковкой правильных тетраэдров.

Связь с другими задачами упаковки

[править | править код]

Поскольку ранние известные границы плотности упаковки тетраэдров были меньше упаковки шаров, было высказано предположение, что правильный тетраэдр может быть контрпримером гипотезе Улама[англ.], что оптимальная плотность упаковки одинаковых шаров меньше плотности упаковки любого другого тела. Более поздние исследования показали, что это не так.

  • Задачи упаковки
  • Тетрагональные дисфеноидные соты[англ.] — изоэдральная упаковка неправильных тетраэдров в 3-мерном пространстве.
  • Трижды усечённые триакистетраэдральные соты[англ.] — транзитивная по ячейкам[англ.] упаковка, основывающаяся на правильных тетраэдрах.

Примечания

[править | править код]
  1. 1 2 Chen, Engel, Glotzer, 2010, с. 253–280.
  2. Struik, 1925, с. 121–134.
  3. Gravel, Elser, Kallus, 2010, с. 799–818.
  4. Polster, Ross, 2011.
  5. Conway, 2006, с. 10612–10617.
  6. Hoylman, 1970, с. 135–138.
  7. Jaoshvili, Esakia, Porrati, Chaikin, 2010, с. 185501.
  8. Chen, 2008, с. 214–240.
  9. Cohn, 2009, с. 801–802.
  10. Torquato, Jiao, 2009, с. 876–879.
  11. Haji-Akbari, Engel, Keys, Zheng и др., 2009, с. 773–777.
  12. Kallus, Elser, Gravel, 2010, с. 245–252.
  13. Torquato, Jiao, 2009.

Литература

[править | править код]
  • Elizabeth R. Chen, Michael Engel, Sharon C. Glotzer. Dense crystalline dimer packings of regular tetrahedra // Discrete & Computational Geometry. — 2010. — Т. 44, вып. 2. — С. 253–280. — doi:10.1007/s00454-010-9273-0.
  • D. J. Struik. De impletione loci // Nieuw Arch. Wiskd.. — 1925. — Т. 15. — С. 121–134.
  • Simon Gravel, Veit Elser, Yoav Kallus. Upper bound on the packing density of regular tetrahedra and octahedral // Discrete & Computational Geometry. — 2010. — Т. 46. — С. 799–818. — doi:10.1007/s00454-010-9304-x. — arXiv:1008.2830.
  • J. H. Conway. Packing, tiling, and covering with tetrahedral // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2006. — Т. 103, вып. 28. — С. 10612–10617. — doi:10.1073/pnas.0601389103. — Bibcode2006PNAS..10310612C. — PMID 16818891. — PMC 1502280.
  • Douglas J. Hoylman. The densest lattice packing of tetrahedral // Bulletin of the American Mathematical Society. — 1970. — Т. 76. — С. 135–138. — doi:10.1090/S0002-9904-1970-12400-4.
  • Alexander Jaoshvili, Andria Esakia, Massimo Porrati, Paul M. Chaikin. Experiments on the Random Packing of Tetrahedral Dice // Physical Review Letters. — 2010. — Т. 104, вып. 18. — С. 185501. — doi:10.1103/PhysRevLett.104.185501. — Bibcode2010PhRvL.104r5501J. — PMID 20482187.
  • Elizabeth R. Chen. A Dense Packing of Regular Tetrahedra // Discrete & Computational Geometry. — 2008. — Т. 40, вып. 2. — С. 214–240. — doi:10.1007/s00454-008-9101-y.
  • Henry Cohn. Mathematical physics: A tight squeeze // Nature. — 2009. — Т. 460, вып. 7257. — С. 801–802. — doi:10.1038/460801a. — Bibcode2009Natur.460..801C. — PMID 19675632.
  • S. Torquato, Y. Jiao. Dense packings of the Platonic and Archimedean solids // Nature. — 2009. — Т. 460, вып. 7257. — С. 876–879. — doi:10.1038/nature08239. — Bibcode2009Natur.460..876T. — arXiv:0908.4107. — PMID 19675649.
  • Amir Haji-Akbari, Michael Engel, Aaron S. Keys, Xiaoyu Zheng, Rolfe G. Petschek, Peter Palffy-Muhoray, Sharon C. Glotzer. Disordered, quasicrystalline and crystalline phases of densely packed tetrahedral // Nature. — 2009. — Т. 462, вып. 7274. — С. 773–777. — doi:10.1038/nature08641. — Bibcode2009Natur.462..773H. — arXiv:1012.5138. — PMID 20010683.
  • Yoav Kallus, Veit Elser, Simon Gravel. Dense Periodic Packings of Tetrahedra with Small Repeating Units // Discrete & Computational Geometry. — 2010. — Т. 44. — P. 245–252. — doi:10.1007/s00454-010-9254-3.
  • Torquato, S.; Jiao, Y. (2009). "Analytical Constructions of a Family of Dense Tetrahedron Packings and the Role of Symmetry". arXiv:0912.4210 [cond-mat.stat-mech].
  • Burkard Polster and Marty Ross (2011-03-14). "Do women have fewer teeth than men?". The Age.
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}}
Упаковка тетраэдров
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?