Articulo de referencia

politopo complejo

En geometría , un politopo complejo es una generalización de un politopo en el espacio real a una estructura análoga en un espacio de Hilbert complejo , donde cada dimensión rea...

En geometría , un politopo complejo es una generalización de un politopo en el espacio real a una estructura análoga en un espacio de Hilbert complejo , donde cada dimensión real está acompañada por una imaginaria .

Un politopo complejo puede entenderse como una colección de puntos, líneas, planos, etc., complejos, donde cada punto es la unión de múltiples líneas, cada línea de múltiples planos, y así sucesivamente.

Existen definiciones precisas únicamente para los politopos complejos regulares , que son configuraciones . Los politopos complejos regulares han sido completamente caracterizados y pueden describirse utilizando una notación simbólica desarrollada por Coxeter .

También se han descrito algunos politopos complejos que no son completamente regulares.

Definiciones e introducción

La línea complejado1{\displaystyle \mathbb {C} ^{1}}Un plano tiene una dimensión con coordenadas reales y otra con coordenadas imaginarias . Al aplicar coordenadas reales a ambas dimensiones, se dice que tiene dos dimensiones sobre los números reales. Un plano real, con el eje imaginario etiquetado como tal, se denomina diagrama de Argand . Por ello, a veces se le llama plano complejo. El espacio complejo bidimensional (también llamado a veces plano complejo) puede considerarse como un espacio tetradimensional sobre los números reales. Del mismo modo, el espacio complejo n puede verse como un espacio vectorial real bidimensional.

Un n -politopo complejo en el espacio n- completo es el análogo de un n - politopo real en el espacio n- real . Sin embargo, no existe un análogo complejo natural del ordenamiento de puntos en una recta real (ni de las propiedades combinatorias asociadas). Por ello, un politopo complejo no puede considerarse una superficie contigua y no delimita un interior como lo hace un politopo real.

En el caso de los politopos regulares , se puede hacer una definición precisa utilizando la noción de simetría. Para cualquier politopo regular , el grupo de simetría (en este caso, un grupo de reflexión complejo , llamado grupo de Shephard ) actúa transitivamente sobre las banderas , es decir, sobre las secuencias anidadas de un punto contenido en una línea contenida en un plano, y así sucesivamente.

Más detalladamente, se dice que una colección P de subespacios afines (o planos ) de un espacio unitario complejo V de dimensión n es un politopo complejo regular si cumple las siguientes condiciones: [ 1 ] [ 2 ]

  • para cada −1 ≤ i < j < kn , si F es un plano en P de dimensión i y H es un plano en P de dimensión k tal que FH entonces hay al menos dos planos G en P de dimensión j tales que FGH ;
  • para cada i , j tal que −1 ≤ i < j − 2, jn , si FG son planos de P de dimensiones i , j , entonces el conjunto de planos entre F y G está conectado, en el sentido de que se puede pasar de cualquier miembro de este conjunto a cualquier otro mediante una secuencia de contenciones; y
  • el subconjunto de transformaciones unitarias de V que fijan P son transitivas en las banderas F 0F 1 ⊂ … ⊂ F n de planos de P (con F i de dimensión i para todo i ).

(Aquí, un plano de dimensión −1 se considera el conjunto vacío .) Por lo tanto, por definición, los politopos complejos regulares son configuraciones en el espacio unitario complejo. [ 3 ]

Los politopos complejos regulares fueron descubiertos por Shephard (1952), y la teoría fue desarrollada posteriormente por Coxeter (1974).

Un politopo complejo existe en el espacio complejo de dimensión equivalente. Por ejemplo, los vértices de un polígono complejo son puntos en el plano complejo.do2{\displaystyle \mathbb {C} ^{2}}(un plano en el que cada punto tiene dos números complejos como coordenadas, que no debe confundirse con el plano de Argand de los números complejos), y los bordes son líneas complejasdo1{\displaystyle \mathbb {C} ^{1}}Existen como subespacios (afines) del plano que se intersecan en los vértices. Por lo tanto, como espacio complejo unidimensional, a una arista se le puede asignar su propio sistema de coordenadas , dentro del cual los puntos de la arista están representados cada uno por un único número complejo.

En un politopo complejo regular, los vértices incidentes en la arista están dispuestos simétricamente alrededor de su centroide , que a menudo se usa como origen del sistema de coordenadas de la arista (en el caso real, el centroide es simplemente el punto medio de la arista). La simetría surge de una reflexión compleja alrededor del centroide; esta reflexión dejará la magnitud de cualquier vértice sin cambios, pero cambiará su argumento en una cantidad fija, moviéndolo a las coordenadas del siguiente vértice en el orden. Por lo tanto, podemos suponer (después de una elección adecuada de escala) que los vértices en la arista satisfacen la ecuaciónincógnitapag1=0{\displaystyle x^{p}-1=0}donde p es el número de vértices incidentes. Así, en el diagrama de Argand de la arista, los vértices se encuentran en los vértices de un polígono regular centrado en el origen.

En la imagen superior se muestran tres proyecciones reales del polígono complejo regular 4{4}2, con aristas a, b, c, d, e, f, g y h . Tiene 16 vértices, que para mayor claridad no se han marcado individualmente. Cada arista tiene cuatro vértices y cada vértice se encuentra sobre dos aristas, por lo que cada arista intersecta con otras cuatro. En el primer diagrama, cada arista está representada por un cuadrado. Los lados del cuadrado no forman parte del polígono, sino que se dibujan únicamente para ayudar a relacionar visualmente los cuatro vértices. Las aristas están dispuestas simétricamente. (Nótese que el diagrama se parece a la proyección del plano de Coxeter B 4 del teseracto , pero es estructuralmente diferente).

El diagrama central abandona la simetría octogonal en aras de la claridad. Cada arista se representa como una línea real, y cada punto de intersección de dos líneas es un vértice. La conectividad entre las distintas aristas es claramente visible.

El último diagrama da una idea de la estructura proyectada en tres dimensiones: los dos cubos de vértices son, de hecho, del mismo tamaño, pero se ven en perspectiva a diferentes distancias en la cuarta dimensión.

politopos unidimensionales complejos regulares

Politopos complejos de orden 1 representados en el plano de Argand como polígonos regulares para p = 2, 3, 4, 5 y 6, con vértices negros. El centroide de los p vértices se muestra en rojo. Los lados de los polígonos representan una aplicación del generador de simetría, que asigna cada vértice a la siguiente copia en sentido antihorario. Estos lados poligonales no son aristas del politopo, ya que un politopo complejo de orden 1 puede no tener aristas (aunque suele ser una arista compleja) y solo contiene vértices.

Un politopo real unidimensional existe como un segmento cerrado en la recta real.R1{\displaystyle \mathbb {R} ^{1}}, definido por sus dos puntos extremos o vértices en la línea. Su símbolo de Schläfli es {} .

De forma análoga, un 1-politopo complejo existe como un conjunto de p vértices en la línea compleja.do1{\displaystyle \mathbb {C} ^{1}}Estos se pueden representar como un conjunto de puntos en un diagrama de Argand ( x , y ) = x + iy . Un politopo regular complejo unidimensional p {} tiene p ( p ≥ 2) vértices dispuestos para formar un polígono regular convexo { p } en el plano de Argand. [ 5 ]

A diferencia de los puntos en la recta real, los puntos en la recta compleja no tienen un orden natural. Por lo tanto, a diferencia de los politopos reales, no se puede definir un interior. [ 6 ] A pesar de esto, los 1-politopos complejos se suelen representar, como en este caso, como un polígono regular acotado en el plano de Argand.

Un borde real se genera como la línea que une un punto con su imagen reflejada en un espejo. Una reflexión unitaria de orden 2 puede considerarse como una rotación de 180 grados alrededor de un centro. Un borde es inactivo si el punto generador se encuentra sobre la línea de reflexión o en el centro.

Un politopo regular real unidimensional se representa mediante un símbolo de Schläfli vacío {} o un diagrama de Coxeter-Dynkin . El punto o nodo del diagrama de Coxeter-Dynkin representa un generador de reflexión, mientras que el círculo alrededor del nodo significa que el punto generador no está en la reflexión, por lo que su imagen reflejada es un punto distinto de sí mismo. Por extensión, un politopo regular complejo unidimensional endo1{\displaystyle \mathbb {C} ^{1}}Tiene un diagrama de Coxeter-Dynkin , para cualquier entero positivo p , 2 o mayor, que contiene p vértices. p puede suprimirse si es 2. También puede representarse mediante un símbolo de Schläfli vacío p {}, } p {, {} p , o p {2} 1 . El 1 es un marcador de posición notacional, que representa una reflexión inexistente o un generador de identidad de período 1. (Un 0-politopo, real o complejo, es un punto y se representa como } {, o 1 {2} 1 .)

La simetría se denota mediante el diagrama de Coxeter y, alternativamente, puede describirse en notación de Coxeter como p [], [] p o ] p [, p [2] 1 o p [1] p . La simetría es isomorfa al grupo cíclico , orden p . [ 7 ] Los subgrupos de p [] son ​​cualquier divisor entero d , d [], donde d ≥2.

Un generador de operador unitario para se considera una rotación de 2π / p radianes en sentido antihorario , y una arista se crea mediante aplicaciones secuenciales de una única reflexión unitaria. Un generador de reflexión unitaria para un 1-politopo con p vértices es e²πi/p = cos(2π / p ) + i sin (/ p ) . Cuando p = 2 , el generador es e²πi = –1 , lo que equivale a una reflexión puntual en el plano real .

En politopos complejos de orden superior, los 1-politopos forman p- aristas. Una 2-arista es similar a una arista real ordinaria, ya que contiene dos vértices, pero no necesariamente se encuentra sobre una línea real.

Polígonos complejos regulares

Mientras que los 1-politopos pueden tener un número ilimitado de p , los polígonos complejos regulares finitos, excluyendo los polígonos de prisma doble p {4} 2 , están limitados a elementos de 5 aristas (aristas pentagonales), y los apeirogones regulares infinitos también incluyen elementos de 6 aristas (aristas hexagonales).

Notaciones

Notación Schläfli modificada por Shephard

Shephard ideó originalmente una forma modificada de la notación de Schläfli para politopos regulares. Para un polígono delimitado por p 1 -aristas, con un p 2 -conjunto como figura de vértice y grupo de simetría general de orden g , denotamos el polígono como p 1 ( g ) p 2 .

El número de vértices V es entonces g / p 2 y el número de aristas E es g / p 1 .

El polígono complejo ilustrado arriba tiene ocho lados cuadrados ( p 1 =4) y dieciséis vértices ( p 2 =2). A partir de esto, podemos calcular que g = 32, lo que da como resultado el símbolo de Schläfli modificado 4(32)2.

Notación Schläfli modificada revisada de Coxeter

Una notación más moderna p 1 { q } p 2 se debe a Coxeter , [ 8 ] y se basa en la teoría de grupos . Como grupo de simetría, su símbolo es p 1 [ q ] p 2 .

El grupo de simetría p 1 [ q ] p 2 está representado por 2 generadores R 1 , R 2 , donde: R 1 p 1 = R 2 p 2 = I. Si q es par, (R 2 R 1 ) q /2 = (R 1 R 2 ) q /2 . Si q es impar, (R 2 R 1 ) (q−1)/2 R 2 = (R 1 R 2 ) ( q −1)/2 R 1 . Cuando q es impar, p 1 = p 2 .

Para 4 [4] 2 tiene R 1 4 = R 2 2 = I, (R 2 R 1 ) 2 = (R 1 R 2 ) 2 .

Para 3 [5] 3 tiene R 1 3 = R 2 3 = I, (R 2 R 1 ) 2 R 2 = (R 1 R 2 ) 2 R 1 .

Diagramas de Coxeter-Dynkin

Coxeter también generalizó el uso de diagramas de Coxeter-Dynkin a politopos complejos; por ejemplo, el polígono complejo p { q } r se representa mediante y el grupo de simetría equivalente, p [ q ] r , es un diagrama sin anillo . Los nodos p y r representan espejos que producen imágenes p y r en el plano. Los nodos sin etiquetar en un diagrama tienen etiquetas implícitas 2. Por ejemplo, un polígono regular real es 2 { q } 2 o { q } o .

Una limitación: los nodos conectados por órdenes de ramificación impares deben tener órdenes de nodos idénticos. Si no es así, el grupo creará polígonos "estrellados", con elementos superpuestos. Por lo tanto , y son ordinarios, mientras que es estrellado.

12 grupos de Shephard irreductibles

12 grupos de Shephard irreducibles con sus relaciones de índice de subgrupo. [ 9 ] Los subgrupos de índice 2 se relacionan eliminando una reflexión real: p [2 q ] 2p [ q ] p , índice 2. p [4] qp [ q ] p , índice q .
p [4] 2 subgrupos: p=2,3,4... p [4] 2 → [ p ], índice p p [4] 2 p []× p [], índice 2

Coxeter enumeró esta lista de polígonos complejos regulares endo2{\displaystyle \mathbb {C} ^{2}}Un polígono complejo regular, p { q } r o , tiene p aristas y r figuras de vértices gonales . p { q } r es un politopo finito si ( p + r ) q > pr ( q -2).

Su simetría se escribe como p [ q ] r , llamado grupo de Shephard , análogo a un grupo de Coxeter , al tiempo que permite reflexiones unitarias .

Para grupos no estrellados, el orden del grupo p [ q ] r se puede calcular comogramo=8/q(1/pag+2/q+1/r1)2{\displaystyle g=8/q\cdot (1/p+2/q+1/r-1)^{-2}}. [ 10 ]

El número de Coxeter para p [ q ] r es h=2/(1/pag+2/q+1/r1){\displaystyle h=2/(1/p+2/q+1/r-1)}, por lo que el orden del grupo también se puede calcular comogramo=2h2/q{\displaystyle g=2h^{2}/q}Un polígono complejo regular puede dibujarse en proyección ortogonal con simetría h -gonal.

Las soluciones de rango 2 que generan polígonos complejos son:

Las soluciones excluidas con q impar y p y r desiguales son: 6 [3] 2 , 6 [3] 3 , 9 [3] 3 , 12 [3] 3 , ..., 5 [5] 2 , 6 [5] 2 , 8 [5] 2 , 9 [5] 2 , 4 [7] 2 , 9 [5] 2 , 3 [9] 2 , y 3 [11] 2 .

Otros q enteros con p y r desiguales , crean grupos estrellados con dominios fundamentales superpuestos: , , , , , y .

El polígono dual de p { q } r es r { q } p . Un polígono de la forma p { q } p es autodual. Los grupos de la forma p [2 q ] 2 tienen una semi-simetría p [ q ] p , por lo que un polígono regular es lo mismo que uno cuasirregular . Además, los polígonos regulares con el mismo orden de nodos, , tienen una construcción alternada , lo que permite que los bordes adyacentes sean de dos colores diferentes. [ 11 ]

El orden del grupo, g , se utiliza para calcular el número total de vértices y aristas. Tendrá g / r vértices y g / p aristas. Cuando p = r , el número de vértices y aristas es igual. Esta condición es necesaria cuando q es impar.

Generadores de matrices

El grupo p [ q ] r , , puede representarse mediante dos matrices: [ 12 ]

Con

k=porque(πpagπr)+porque(2πq)2pecadoπpagpecadoπr{\displaystyle k={\sqrt {\frac {\cos({\frac {\pi }{p}}-{\frac {\pi }{r}})+\cos({\frac {2\pi }{q}})}{2\sin {\frac {\pi }{p}}\sin {\frac {\pi }{r}}}}}}
Ejemplos

Enumeración de polígonos complejos regulares

Coxeter enumeró los polígonos complejos en la Tabla III de Politopos Complejos Regulares. [ 13 ]

Visualizaciones de polígonos complejos regulares

Los polígonos de la forma p {2 r } q se pueden visualizar mediante q conjuntos de colores de p- aristas. Cada p -arista se ve como un polígono regular, aunque no tiene caras.

Proyecciones ortogonales 2D de polígonos complejos 2 { r } q

Los polígonos de la forma 2 {4} q se denominan ortoplexos generalizados . Comparten vértices con las duopirámides q - q de 4D , vértices conectados por aristas de orden 2.

Polígonos complejos p {4} 2

Los polígonos de la forma p₄² se denominan hipercubos generalizados (cuadrados para polígonos). Comparten vértices con los duoprismas p₁ - p₂ de 4 dimensiones , vértices conectados por aristas p. Los vértices se representan en verde y las aristas p en colores alternos, rojo y azul. La perspectiva se distorsiona ligeramente para dimensiones impares con el fin de desplazar los vértices superpuestos desde el centro.

Proyecciones de perspectiva 3D de polígonos complejos p {4} 2 . Los duales 2 {4} p
se obtienen añadiendo vértices dentro de las aristas y añadiendo aristas en lugar de vértices.
Otros polígonos complejos p { r } 2
Proyecciones ortogonales 2D de polígonos complejos, p { r } p

Los polígonos de la forma p { r } p tienen el mismo número de vértices y aristas. Además, son autoduales.

politopos complejos regulares

En general, un politopo complejo regular es representado por Coxeter como p { z 1 } q {z 2 } r {z 3 } s ... o diagrama de Coxeter ..., que tiene simetría p [ z 1 ] q [ z 2 ] r [ z 3 ] s ... o .... [ 21 ]

Existen familias infinitas de politopos complejos regulares que aparecen en todas las dimensiones, generalizando los hipercubos y los politopos cruzados en el espacio real. El "ortotopo generalizado" de Shephard generaliza el hipercubo; su símbolo es γ p n = p {4} 2 {3} 2 ... 2 {3} 2 y su diagrama es ... . Su grupo de simetría tiene el diagrama p [4] 2 [3] 2 ... 2 [3] 2 ; en la clasificación de Shephard-Todd, este es el grupo G( p , 1, n ) que generaliza las matrices de permutación con signo. Su politopo regular dual, el "politopo cruzado generalizado", está representado por el símbolo β p n = 2 {3} 2 {3} 2 ... 2 {4} p y su diagrama es ... . [ 22 ]

Un politopo complejo regular unidimensional endo1{\displaystyle \mathbb {C} ^{1}}se representa como , que tiene p vértices, con su representación real un polígono regular , { p }. Coxeter también le da el símbolo γ p 1 o β p 1 como hipercubo generalizado unidimensional o politopo cruzado. Su simetría es p [] o , un grupo cíclico de orden p . En un politopo superior, p {} o representa un elemento de p -arista, con una 2-arista, {} o , que representa una arista real ordinaria entre dos vértices. [ 22 ]

Un politopo complejo dual se construye intercambiando k y ( n -1- k )-elementos de un n -politopo. Por ejemplo, un polígono complejo dual tiene vértices centrados en cada arista, y las nuevas aristas están centradas en los vértices antiguos. Un vértice de valencia v crea una nueva arista v , y las aristas e se convierten en vértices de valencia e . [ 23 ] El dual de un politopo complejo regular tiene un símbolo invertido. Los politopos complejos regulares con símbolos simétricos, es decir p { q } p , p { q } r { q } p , p { q } r { s } r { q } p , etc. son autoduales .

Enumeración de poliedros complejos regulares

Algunos clasifican a los grupos de Shephard 3 con sus órdenes de grupo y las relaciones de subgrupos reflexivos.

Coxeter enumeró esta lista de poliedros complejos regulares no estrellados endo3{\displaystyle \mathbb {C} ^{3}}, incluyendo los 5 sólidos platónicos enR3{\displaystyle \mathbb {R} ^{3}}. [ 24 ]

Un poliedro complejo regular, p { n 1 } q { n 2 } r o , tiene caras, aristas y figuras de vértices .

Un poliedro regular complejo p { n 1 } q { n 2 } r requiere que tanto g 1 = orden( p [ n 1 ] q ) como g 2 = orden( q [ n 2 ] r ) sean finitos.

Dado g = orden( p [ n 1 ] q [ n 2 ] r ), el número de vértices es g / g 2 , y el número de caras es g / g 1 . El número de aristas es g / pr .

Visualizaciones de poliedros complejos regulares

Proyecciones ortogonales 2D de poliedros complejos, p { s } t { r } r
Octaedros generalizados

Los octaedros generalizados tienen una construcción regular como y una forma cuasiregular como . Todos los elementos son símplexes .

Cubos generalizados

Los cubos generalizados tienen una construcción regular como y una construcción prismática como , un producto de tres 1-politopos p -gonales. Los elementos son cubos generalizados de menor dimensión.

Enumeración de 4-politopos complejos regulares

Coxeter enumeró esta lista de 4-politopos complejos regulares no estrellados endo4{\displaystyle \mathbb {C} ^{4}}, incluyendo los 6 4-politopos regulares convexos enR4{\displaystyle \mathbb {R} ^{4}}. [ 24 ]

Visualizations of regular complex 4-polytopes

Generalized 4-orthoplexes

Los 4-ortoplexos generalizados tienen una construcción regular como y una forma cuasiregular como . Todos los elementos son símplexes .

4-cubos generalizados

Los teseractos generalizados tienen una construcción regular como y una construcción prismática como , un producto de cuatro 1-politopos p -gonales. Los elementos son cubos generalizados de menor dimensión.

Enumeración de 5-politopos complejos regulares

5-politopos complejos regulares endo5{\displaystyle \mathbb {C} ^{5}}o superiores existen en tres familias, los símplexes reales y el hipercubo generalizado y el ortoplexo .

Visualizaciones de politopos complejos regulares de 5 miembros

5-ortoplexos generalizados

Los 5-ortoplexos generalizados tienen una construcción regular como y una forma cuasiregular como . Todos los elementos son símplexes .

5-cubos generalizados

Los 5-cubos generalizados tienen una construcción regular como y una construcción prismática como , un producto de cinco 1-politopos p -gonales. Los elementos son cubos generalizados de menor dimensión.

Enumeración de politopos 6-complejos regulares

Visualizaciones de politopos regulares complejos de 6 miembros

6-ortoplexos generalizados

Los 6-ortoplexos generalizados tienen una construcción regular como y una forma cuasiregular como . Todos los elementos son símplexes .

6-cubos generalizados

Los 6-cubos generalizados tienen una construcción regular como y una construcción prismática como , un producto de seis 1-politopos p -gonales. Los elementos son cubos generalizados de menor dimensión.

Enumeración de apeirotopos complejos regulares

Coxeter enumeró esta lista de apeirotopos o panales complejos regulares no estrellados. [ 29 ]

Para cada dimensión hay 12 apeirotopos simbolizados como δ p , r n+1 existen en cualquier dimensióndonorte{\displaystyle \mathbb {C} ^{n}}, oRnorte{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}si p = q = 2. Coxeter llama a estos panales cúbicos generalizados para n > 2. [ 30 ]

Cada uno tiene recuentos de elementos proporcionales dados como:

k-caras =(nortek)pagnortekrk{\displaystyle {n \choose k}p^{n-k}r^{k}}, dónde(nortemetro)=norte¡metro¡(nortemetro)¡{\displaystyle {n \choose m}={\frac {n!}{m!\,(n-m)!}}}y n ! denota el factorial de n .

1-politopos complejos regulares

El único 1-politopo complejo regular es {}, o . Su representación real es un apeirogono , { }, o .

apeirogones complejos regulares

Algunos subgrupos de los grupos de Shephard apeirogonales
11 apeirogonos complejos p { q } r con interiores de aristas coloreados en azul claro, y aristas alrededor de un vértice coloreadas individualmente. Los vértices se muestran como pequeños cuadrados negros. Las aristas se ven como polígonos regulares de p lados y las figuras de los vértices son r -gonales.
Un apeirogon cuasirregular es una mezcla de dos apeirogons regulares y , que se ve aquí con bordes azules y rosas. tiene solo un color de bordes porque q es impar, lo que hace que sea una doble cobertura.

Los apeirogones complejos de rango 2 tienen simetría p [ q ] r , donde 1/ p + 2/ q + 1/ r = 1. Coxeter los expresa como δ p , r 2 donde q está restringido a satisfacer q = 2/(1 – ( p + r )/ pr ) . [ 31 ]

Hay 8 soluciones:

Hay dos soluciones excluidas q impar y p y r desiguales : 10 [5] 2 y 12 [3] 4 , o y .

Un apeirogon complejo regular p { q } r tiene p aristas y r figuras de vértice gonales. El apeirogon dual de p { q } r es r { q } p . Un apeirogon de la forma p { q } p es autodual. Los grupos de la forma p [2 q ] 2 tienen una semi-simetría p [ q ] p , por lo que un apeirogon regular es lo mismo que uno cuasirregular . [ 11 ]

Los apeirogonos que se pueden representar en el plano de Argand comparten cuatro disposiciones de vértices diferentes. Los apeirogonos de la forma 2 { q } r tienen una disposición de vértices como { q /2, p }. La forma p { q } 2 tiene una disposición de vértices como r{ p , q /2}. Los apeirogonos de la forma p {4} r tienen disposiciones de vértices { p , r }.

Incluyendo nodos afines ydo2{\displaystyle \mathbb {C} ^{2}}, hay 3 soluciones infinitas más: [2] , [4] 2 , [3] 3 , y , , y . La primera es un subgrupo de índice 2 de la segunda. Los vértices de estos apeirogones existen endo1{\displaystyle \mathbb {C} ^{1}}.

apeiroedros complejos regulares

Hay 22 apeiroedros complejos regulares endo2{\displaystyle \mathbb {C} ^{2}}de la forma p { a } q { b } r . 8 son autoduales ( p = r y a = b ), mientras que 14 existen como pares de politopos duales. Tres son completamente reales ( p = q = r =2).

Coxeter simboliza 12 de ellos como δ p , r 3 o p {4} 2 {4} r es la forma regular del apeirotopo producto δ p , r 2 × δ p , r 2 o p { q } r × p { q } r , donde q se determina a partir de p y r .

es lo mismo que , así como , para p , r =2,3,4,6. También = . [ 33 ]

3-aperiótopos complejos regulares

Hay 16 apeirotopos complejos regulares endo3{\displaystyle \mathbb {C} ^{3}}. Coxeter expresa 12 de ellos por δ p , r 3 donde q está restringido a satisfacer q = 2/(1 – ( p + r )/ pr ) . Estos también pueden descomponerse como apeirotopos producto: = . El primer caso es elR3{\displaystyle \mathbb {R} ^{3}}panal cúbico .

4-aperiótopos complejos regulares

Hay 15 apeirotopos complejos regulares endo4{\displaystyle \mathbb {C} ^{4}}. Coxeter expresa 12 de ellos por δ p , r 4 donde q está restringido a satisfacer q = 2/(1 – ( p + r )/ pr ) . Estos también pueden descomponerse como apeirotopos producto: = . El primer caso es elR4{\displaystyle \mathbb {R} ^{4}}Panal teseractico . El panal de 16 celdas y el panal de 24 celdas son soluciones reales. La última solución generada tiene elementos de politopo de Witting .

5-apeirotopos complejos regulares y superiores

Solo hay 12 apeirotopos complejos regulares endo5{\displaystyle \mathbb {C} ^{5}}o superior [ 35 ] expresa δ p , r n donde q está restringido a satisfacer q = 2/(1 – ( p + r )/ pr ) . Estos también pueden descomponerse en un producto de n apeirogons: ... = ... . El primer caso es el realRnorte{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}hipercubo panal .

Polígono de van Oss

Un polígono cuadrado rojo de van Oss en el plano formado por una arista y el centro de un octaedro regular.

Un polígono de van Oss es un polígono regular en el plano (plano real).R2{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}o plano unitariodo2{\displaystyle \mathbb {C} ^{2}}) en el que se encuentran tanto una arista como el centroide de un politopo regular, y formado por elementos del politopo. No todos los politopos regulares tienen polígonos de Van Oss.

Por ejemplo, los polígonos de van Oss de un octaedro real son los tres cuadrados cuyos planos pasan por su centro. En cambio, un cubo no tiene un polígono de van Oss porque el plano que une su arista con su centro corta diagonalmente dos caras cuadradas, y las dos aristas del cubo que se encuentran en dicho plano no forman un polígono.

Los panales infinitos también tienen apeirogones de van Oss . Por ejemplo, el teselado cuadrado real y el teselado triangular tienen apeirogones { } apeirogones de van Oss. [ 36 ]

Si existe, el polígono de van Oss de politopo complejo regular de la forma p { q } r { s } t ... tiene p aristas.

Politopos complejos no regulares

politopos complejos de productos

Algunos politopos complejos pueden representarse como productos cartesianos . Estos politopos producto no son estrictamente regulares ya que tendrán más de un tipo de faceta, pero algunos pueden representar una simetría menor de formas regulares si todos los politopos ortogonales son idénticos. Por ejemplo, el producto p {}× p {} o de dos politopos unidimensionales es el mismo que el p {4} 2 o regular . Productos más generales, como p {}× q {}, tienen representaciones reales como los duoprismas p - q de 4 dimensiones . El dual de un politopo producto puede escribirse como una suma p {}+ q {} y tiene representaciones reales como la duopirámide p - q de 4 dimensiones . El p {}+ p {} puede tener su simetría duplicada como un politopo complejo regular 2 {4} p o .

De manera similar, undo3{\displaystyle \mathbb {C} ^{3}}Un poliedro complejo puede construirse como un producto triple: p {}× p {}× p {} o es lo mismo que el cubo generalizado regular , p {4} 2 {3} 2 o , así como el producto p {4} 2 × p {} o . [ 37 ]

Polígonos cuasiregulares

Un polígono cuasirregular es una truncación de un polígono regular. Un polígono cuasirregular contiene aristas alternas de los polígonos regulares y . El polígono cuasirregular tiene p vértices en las p aristas de la forma regular.

apeirogones cuasiregulares

Hay 7 apeirogones complejos cuasirregulares que alternan aristas de un apeirogon regular y su dual regular. Las disposiciones de vértices de estos apeirogones tienen representaciones reales con los teselados regulares y uniformes del plano euclidiano . La última columna para el apeirogon 6{3}6 no solo es autodual, sino que el dual coincide consigo mismo con aristas hexagonales superpuestas, por lo que su forma cuasirregular también tiene aristas hexagonales superpuestas, por lo que no se puede dibujar con dos colores alternos como los demás. La simetría de las familias autoduales se puede duplicar, creando así una geometría idéntica a la de las formas regulares: =

Poliedros cuasirregulares

Ejemplo de truncamiento del octaedro 3-generalizado, 2 {3} 2 {4} 3 , , a su límite rectificado, mostrando las caras triangulares delineadas en verde al principio, y las figuras de vértice azules 2 {4} 3 , , expandiéndose como nuevas caras.

Al igual que los politopos reales, un poliedro cuasirregular complejo puede construirse como una rectificación (una truncación completa ) de un poliedro regular . Los vértices se crean en el punto medio de las aristas del poliedro regular, y las caras de este y de su dual se colocan alternadamente sobre las aristas comunes.

Por ejemplo, un cubo p-generalizado, , tiene p 3 vértices, 3 p 2 aristas y 3 p p 3 caras cuadradas generalizadas, mientras que el octaedro p -generalizado, , tiene 3 p vértices, 3 p 2 aristas y p 3 caras triangulares. El cuboctaedro p- generalizado de forma cuasirregular intermedia, , tiene 3 p 2 vértices, 3 p 3 aristas y 3 p + p 3 caras.

Además, la rectificación del poliedro hessiano es una forma cuasiregular que comparte la geometría del poliedro complejo regular .

Otros politopos complejos con reflexiones unitarias de periodo dos

Otros politopos complejos no regulares pueden construirse dentro de grupos de reflexión unitarios que no forman grafos de Coxeter lineales. En diagramas de Coxeter con bucles, Coxeter marca un interior de período especial, como el símbolo (1 1 1 1) 3 y el grupo [1 1 1] 3. [ 38 ] [ 39 ] Estos politopos complejos no se han explorado sistemáticamente más allá de unos pocos casos.

El grupo se define por 3 reflexiones unitarias, R 1 , R 2 , R 3 , todas de orden 2: R 1 2 = R 1 2 = R 3 2 = (R 1 R 2 ) 3 = (R 2 R 3 ) 3 = (R 3 R 1 ) 3 = (R 1 R 2 R 3 R 1 ) p = 1. El período p puede verse como una doble rotación en realR4{\displaystyle \mathbb {R} ^{4}}.

Como con todas las construcciones de Wythoff , los politopos generados por reflexiones, el número de vértices de un politopo de diagrama de Coxeter de un solo anillo es igual al orden del grupo dividido por el orden del subgrupo donde se elimina el nodo anillado. Por ejemplo, un cubo real tiene un diagrama de Coxeter , con un orden de simetría octaédrica de 48 y un orden de simetría diedral de subgrupo de 6, por lo que el número de vértices de un cubo es 48/6=8. Las facetas se construyen eliminando un nodo más alejado del nodo anillado, por ejemplo para el cubo. Las figuras de vértice se generan eliminando un nodo anillado y anillando uno o más nodos conectados, y para el cubo.

Coxeter representa estos grupos mediante los siguientes símbolos. Algunos grupos tienen el mismo orden, pero una estructura diferente, definiendo la misma disposición de vértices en politopos complejos, pero diferentes aristas y elementos superiores, como y con p ≠3. [ 40 ]

Coxeter llama a algunos de estos poliedros complejos casi regulares porque tienen facetas y figuras de vértice regulares. El primero es una forma de simetría inferior del politopo cruzado generalizado endo3{\displaystyle \mathbb {C} ^{3}}El segundo es un cubo generalizado fraccional, que reduce las p -aristas a vértices individuales dejando 2-aristas ordinarias. Tres de ellos están relacionados con el poliedro sesgado regular finito enR4{\displaystyle \mathbb {R} ^{4}}.

Coxeter define otros grupos con construcciones antiunitarias, por ejemplo estos tres. El primero fue descubierto y dibujado por Peter McMullen en 1966. [ 41 ]

Visualizaciones

Véase también

Notas

  1. Peter Orlik , Victor Reiner, Anne V. Shepler. La representación de signos para grupos de Shephard . Mathematische Annalen . Marzo de 2002, Volumen 322, Número 3, págs. 477–492. DOI:10.1007/s002080200001
  2. Coxeter (1991) , pág. 115.
  3. Shephard (1952), pág. 83
  4. Coxeter (1991) , 11.3 Polígono de Petrie , un simple h -gono formado por la órbita de la bandera (O 0 ,O 0 O 1 ) para el producto de las dos reflexiones generadoras de cualquier polígono complejo regular no estrellado, p 1 { q } p 2 .
  5. Coxeter (1991) , pág. 103, 11.1 Polígonos complejos regulares .
  6. Shephard, 1952; "Es a partir de consideraciones como estas que derivamos la noción del interior de un politopo, y se verá que en el espacio unitario, donde los números no pueden ordenarse de esa manera, tal concepto de interior es imposible. [Salto de párrafo] Por lo tanto... tenemos que considerar los politopos unitarios como configuraciones."
  7. Coxeter (1991) , pág. 96.
  8. Coxeter (1991) , pág. xiv.
  9. Coxeter (1991) , pág. 177, Tabla III.
  10. ^ Lehrer y Taylor 2009, pág. 87
  11. 1 2 Coxeter (1991) , págs. 178–179, Tabla IV. Los polígonos regulares.
  12. Coxeter (1991) , pág. 88, Sec. 8.9 El caso bidimensional .
  13. Coxeter (1991) , págs. 177–179, Tabla III.
  14. 1 2 Coxeter (1991) , pág. 108.
  15. Coxeter (1991) , pág. 109.
  16. Coxeter (1991) , pág. 111.
  17. Coxeter (1991) , pág. 30 diagrama y pág. 47 índices para 8 aristas de 3 lados.
  18. 1 2 Coxeter (1991) , pág. 110.
  19. Coxeter (1991) , pág. 48.
  20. Coxeter (1991) , pág. 49.
  21. Coxeter (1991) , págs. 116–140.
  22. 1 2 Coxeter (1991) , págs. 118–119.
  23. Coxeter (1991) , pág. 29.
  24. 1 2 Coxeter (1991) , pág. 180, Tabla V. Los poliedros regulares no estrellados y los 4-politopos.
  25. Coxeter, Caleidoscopios — Escritos seleccionados de HSM Coxeter , Artículo 25 Relaciones sorprendentes entre grupos de reflexión unitaria , pág. 431.
  26. 1 2 Coxeter (1991) , pág. 131.
  27. Coxeter (1991) , pág. 126.
  28. Coxeter (1991) , pág. 125.
  29. Coxeter (1991) , pág. 180, Tabla VI. Los panales regulares.
  30. Coxeter (1991) , pág. 174.
  31. Coxeter (1991) , págs. 111, 136 y Tabla VI. Los panales regulares.
  32. ^ Coxeter (1991) , págs. 111-112, sec. 11.6 Apeirogones.
  33. Coxeter (1991) , pág. 140.
  34. Coxeter (1991) , págs. 139–140.
  35. Coxeter (1991) , pág. 146.
  36. Coxeter (1991) , pág. 141.
  37. Coxeter (1991) , págs. 118–119, 138.
  38. Coxeter (1991) , págs. 156–174, Capítulo 14, Politopos casi regulares .
  39. 1 2 3 4 5 6 Coxeter (1956), Grupos generados por reflexiones unitarias del período dos , Tabla III: Algunos politopos complejos, pág. 413
  40. Coxeter (1966), Grupos finitos generados por reflexiones unitarias , 4. La notación gráfica , Tabla de grupos n -dimensionales generados por n reflexiones unitarias. págs. 422–423
  41. Coxeter (1991) , págs. 166–171, Sec. 14.6 Los dos poliedros de McMullen con 84 caras cuadradas.
  42. Coxeter (1991) , págs. 172–173.

Referencias

  • Coxeter, HSM y Moser, WOJ; Generadores y relaciones para grupos discretos (1965), esp. pp. 67–80.
  • Coxeter, HSM (1991) [1974], Politopos complejos regulares , Cambridge University Press, ISBN 0-521-39490-2
  • Coxeter, HSM y Shephard, GC; Retratos de una familia de politopos complejos, Leonardo Vol 25, No 3/4, (1992), pp. 239–244,
  • Shephard, GC; Politopos complejos regulares , Proc. London math. Soc. Series 3, Vol 2, (1952), pp. 82–97.
  • GC Shephard , JA Todd , Grupos de reflexión unitaria finitos , Revista Canadiense de Matemáticas. (1954), 6:274–304, doi : 10.4153/CJM-1954-028-3
  • Gustav I. Lehrer y Donald E. Taylor, Grupos de reflexión unitaria , Cambridge University Press, 2009

Lecturas adicionales

  • F. Arthur Sherk, Peter McMullen, Anthony C. Thompson y Asia Ivić Weiss, editores: Caleidoscopios: Escritos selectos de HSM Coxeter , Artículo 25, Grupos finitos generados por reflexiones unitarias , págs. 415-425, John Wiley, 1995, ISBN 0-471-01003-0
  • McMullen, Peter ; Schulte, Egon (diciembre de 2002), Abstract Regular Polytopes (1.ª  ed.), Cambridge University Press , ISBN 0-521-81496-0Capítulo 9 Grupos Unitarios y Formas Hermíticas , págs.  289–298
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