متعدد الأوجه موحد

متعددات الوجوه المنتظمة المحدبة
ثنائي الأبعادثلاثي الأبعاد
مثلث مقطوع أو سداسي منتظم ، مع مخطط كوكسيتر .ثماني السطوح المقطوع ،
رباعي الأبعاد5D
خلية واحدة مختصرة مكونة من 16 خلية ،5-أورثوبلكس مختصر ،

في الهندسة ، يُعرف متعدد السطوح المنتظم ذو البعد ثلاثة أو أكثر بأنه متعدد سطوح متماثل الرؤوس، محاط بأوجه منتظمة . ويعني مصطلح "متماثل الرؤوس" هنا أن له تناظرات تربط كل رأس بكل رأس آخر؛ وينطبق الأمر نفسه على كل وجه من أوجه متعدد السطوح الأقل بعدًا. أما في بعدين (ولأوجه متعددة السطوح ثنائية الأبعاد ذات الأبعاد الأعلى)، فيُستخدم تعريف أدق: إذ تُعتبر المضلعات المنتظمة فقط منتظمة، ما يستبعد المضلعات التي تتناوب أطوال حوافها بين طولين مختلفين.

هذا تعميم للفئة القديمة من متعددات الوجوه شبه المنتظمة ، ولكنه يشمل أيضًا متعددات الوجوه المنتظمة . علاوة على ذلك، يُسمح بالوجوه المنتظمة النجمية وأشكال الرؤوس ( المضلعات النجمية )، مما يوسع نطاق الحلول الممكنة بشكل كبير. يتطلب التعريف الدقيق أن تكون متعددات الوجوه المنتظمة منتهية، بينما يسمح تعريف أكثر شمولًا باعتبار خلايا النحل المنتظمة ( التبليطات ثنائية الأبعاد وخلايا النحل ذات الأبعاد الأعلى ) في الفضاء الإقليدي والفضاء الزائدي متعددات وجوه أيضًا.

العمليات

يمكن توليد جميع المجسمات المنتظمة تقريبًا باستخدام بناء Wythoff ، وتمثيلها بواسطة مخطط Coxeter . ومن الاستثناءات البارزة المجسم المعيني الكبير ذو الاثني عشر وجهًا في ثلاثة أبعاد والمنشور المضاد الكبير في أربعة أبعاد.

وبالمثل، يمكن توليد متعددات الوجوه من نوع ويثوف بتطبيق عمليات أساسية على متعددات الوجوه المنتظمة في ذلك البعد. وقد استخدم يوهانس كيبلر هذا النهج لأول مرة ، وهو أساس تدوين متعددات وجوه كونواي .

مشغلو التقويم

للمضلعات المنتظمة من الرتبة n عدد n من عمليات التصحيح . التصحيح الصفري هو الشكل الأصلي. التصحيح ( n -1) هو الشكل الثنائي . يختزل التصحيح الحواف إلى رؤوس، ويختزل التصحيح الثنائي الوجوه إلى رؤوس، ويختزل التصحيح الثلاثي الخلايا إلى رؤوس، ويختزل التصحيح الرباعي الوجوه ذات الـ 4 أوجه إلى رؤوس، ويختزل التصحيح الخماسي الوجوه ذات الـ 5 أوجه إلى رؤوس، وهكذا.

يمكن استخدام رمز شلافلي الموسع لتمثيل الأشكال المصححة، مع رمز سفلي واحد:

  • التصحيح رقم k = t k {p 1 , p 2 , ..., p n−1 } = k r .

عوامل اقتطاع البيانات

عمليات القطع التي يمكن تطبيقها على متعددات الوجوه المنتظمة من الرتبة n بأي تركيبة. يحتوي مخطط كوكسيتر الناتج على عقدتين محاطتين بحلقة، وتُسمى العملية نسبةً إلى المسافة بينهما. يقطع القطع الرؤوس، ويقطع التشكيل الحواف، ويقطع القطع السريع الوجوه، ويقطع القطع البطيء الخلايا. كل عملية أعلى تقطع العمليات الأدنى منها أيضًا، لذا فإن التشكيل يقطع الرؤوس أيضًا.

  1. t 0,1 أو t : القطع - يُطبق على المضلعات وما فوقها. يزيل القطع الرؤوس، ويُضيف وجهًا جديدًا مكان كل رأس سابق. تُقطع الأوجه، مما يُضاعف أضلاعها. (المصطلح، الذي صاغه كيبلر ، مشتق من الكلمة اللاتينية truncare التي تعني "القطع").
    • وهناك عمليات اقتطاع أعلى أيضًا: اقتطاع ثنائي t 1,2 أو 2t ، اقتطاع ثلاثي t 2,3 أو 3t ، اقتطاع رباعي t 3,4 أو 4t ، اقتطاع خماسي t 4,5 أو 5t ، إلخ.
  2. t 0,2 أو rr : الكانتيليشن - يُطبق على المجسمات متعددة الأوجه وما فوقها. يمكن اعتباره تصحيحًا لتصحيحه . يقوم الكانتيليشن باقتطاع كل من الرؤوس والحواف واستبدالها بأوجه جديدة. تُستبدل الخلايا بنسخ موسعة طوبولوجيًا من نفسها. (المصطلح، الذي صاغه جونسون، مشتق من الفعل cant ، مثل bevel ، بمعنى القطع بوجه مائل).
    • وهناك أيضاً أبراج أعلى: الأبراج الثنائية t 1,3 أو r2r ، والأبراج الثلاثية t 2,4 أو r3r ، والأبراج الرباعية t 3,5 أو r4r ، إلخ.
    • t 0,1,2 أو tr : اقتطاع الكانتي - يُطبق على المجسمات متعددة الأوجه وما فوقها. يمكن اعتباره اقتطاعًا لعملية التصحيح . يقتطع الكانتي الرؤوس والحواف ويستبدلها بأوجه جديدة. تُستبدل الخلايا بنسخ موسعة طوبولوجيًا من نفسها. (يجمع المصطلح المركب بين الكانتيليشن والاقتطاع).
      • وهناك أيضاً زخارف أعلى: الزخرفة الثنائية t 1,2,3 أو t2r ، والزخرفة الثلاثية t 2,3,4 أو t3r ، والزخرفة الرباعية t 3,4,5 أو t4r ، إلخ.
  3. t 0,3 : الحذف الجزئي - يُطبق على متعدد السطوح الرباعي المنتظم وما فوق. يقوم الحذف الجزئي بحذف الرؤوس والحواف والوجوه، واستبدال كل منها بوجوه جديدة. تُستبدل الوجوه الرباعية بنسخ موسعة طوبولوجيًا من نفسها. (المصطلح، الذي صاغه جونسون، مشتق من الكلمة اللاتينية runcina التي تعني " مستوى النجار ").
    • وهناك أيضًا درجات أعلى من التفتت: التفتت الثنائي t 1,4 ، والتفتت الثلاثي t 2,5 ، إلخ.
  4. t 0,4 أو 2r2r : التقسيم السطحي - يُطبق على متعددات الوجوه الخماسية المنتظمة وما فوقها. يقوم التقسيم السطحي بحذف الرؤوس والحواف والوجوه والخلايا، واستبدال كل منها بوجوه جديدة. تُستبدل الوجوه الخماسية بنسخ موسعة طوبولوجيًا من نفسها. (المصطلح، الذي صاغه جونسون، مشتق من الكلمة اليونانية stereos التي تعني "صلب").
    • وهناك أيضًا مستويات أعلى من الستيرية: الستيرية الثنائية t 1,5 أو 2r3r ، والستيرية الثلاثية t 2,6 أو 2r4r ، إلخ.
    • t 0,2,4 أو 2t2r : Stericantellation - يتم تطبيقه على متعددات الوجوه الموحدة ذات 5- وما فوق.
      • وهناك أيضًا مستويات أعلى من الستيرية: الستيرية الثنائية t 1,3,5 أو 2t3r ، والستيرية الثلاثية t 2,4,6 أو 2t4r ، إلخ.
  5. t 0,5 : التقطيع - يُطبق على متعددات الوجوه السداسية المنتظمة وما فوقها. يقوم التقطيع باقتطاع الرؤوس والحواف والوجوه والخلايا والوجوه الرباعية، واستبدال كل منها بوجوه جديدة. تُستبدل الوجوه السداسية بنسخ موسعة طوبولوجيًا من نفسها. (التقطيع مشتق من الكلمة اليونانية pente التي تعني "خمسة").
    • وهناك أيضًا خماسيات أعلى: خماسي ثنائي t 1,6 ، خماسي ثلاثي t 2,7 ، إلخ.
  6. t 0,6 أو 3r3r : التقسيم السداسي - يُطبق على متعددات الوجوه المنتظمة ذات 7 أبعاد وما فوق. يقوم التقسيم السداسي بحذف الرؤوس والحواف والوجوه والخلايا والوجوه الرباعية والوجوه الخماسية، واستبدال كل منها بأوجه جديدة. تُستبدل الوجوه السباعية بنسخ موسعة طوبولوجيًا من نفسها. (كلمة "التقسيم السداسي" مشتقة من الكلمة اليونانية hex التي تعني "ستة").
    • وهناك أيضًا عمليات سداسية أعلى: عملية سداسية ثنائية : t 1,7 أو 3r4r ، عملية سداسية ثلاثية : t 2,8 أو 3r5r ، إلخ.
    • t 0,3,6 أو 3t3r : سداسي السطوح - يتم تطبيقه على متعددات الوجوه الموحدة 7 وما فوق.
      • وهناك أيضًا عمليات هكسية أعلى: ثنائية الهكسية : t 1,4,7 أو 3t4r ، ثلاثية الهكسية : t 2,5,8 أو 3t5r ، إلخ.
  7. t 0,7 : التقسيم السباعي - يُطبق على متعددات الوجوه المنتظمة ذات 8 أبعاد وما فوق. يقوم التقسيم السباعي بحذف الرؤوس والحواف والوجوه والخلايا والوجوه الرباعية والخماسية والسداسية، واستبدال كل منها بأوجه جديدة. تُستبدل الوجوه الثمانية بنسخ موسعة طوبولوجيًا من نفسها. (كلمة "التقسيم السباعي" مشتقة من الكلمة اليونانية hepta التي تعني "سبعة").
    • وهناك أيضًا مجموعات سباعية أعلى: مجموعة سباعية ثنائية t 1,8 ، ومجموعة سباعية ثلاثية t 2,9 ، إلخ.
  8. t 0,8 أو 4r4r : التثليث - يتم تطبيقه على متعددات الوجوه الموحدة ذات 9 وما فوق.
  9. t 0,9 : Ennecation - يتم تطبيقه على متعددات الوجوه المنتظمة ذات 10 مستويات وما فوق.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن إجراء عمليات اقتطاع مركبة تُنتج أيضًا متعددات وجوه منتظمة جديدة. على سبيل المثال، الاقتطاع المتكرر هو عملية اقتطاع متكرر واقتطاع مطبقتان معًا.

إذا تم تطبيق جميع عمليات الاقتطاع في وقت واحد، فيمكن تسمية العملية بشكل عام بالاقتطاع الشامل .

التناوب

ينتج عن تناوب شكل مكعب ثماني الأوجه مقطوع مكعب قصير .

تُزيل عملية خاصة تُسمى التناوب الرؤوس المتناوبة من متعدد السطوح ذي الأوجه الزوجية فقط. ويُطلق على متعدد السطوح المتناوب المقطوع اسم " القطع" .

يمكن دائمًا إنشاء متعددات الوجوه الناتجة، وهي ليست عاكسة بشكل عام، كما أنها لا تحتوي بشكل عام على حلول متعددة الوجوه موحدة .

تُعرف مجموعة متعددات الوجوه المتكونة من تناوب المكعبات الفائقة باسم المكعبات النصفية . في ثلاثة أبعاد، ينتج عن ذلك رباعي الأوجه ؛ وفي أربعة أبعاد، ينتج عن ذلك مكعب ذو 16 خلية ، أو مكعب نصفي .

شكل الرأس

يمكن إنشاء متعددات الوجوه المنتظمة من شكل رؤوسها ، وهو ترتيب الحواف والوجوه والخلايا وما إلى ذلك حول كل رأس. تتميز متعددات الوجوه المنتظمة الممثلة بمخطط كوكسيتر ، الذي يحدد المرايا النشطة بحلقات، بتناظر انعكاسي، ويمكن إنشاؤها ببساطة عن طريق الانعكاسات المتكررة لشكل الرؤوس.

يوجد عدد أقل من متعددات الوجوه المنتظمة غير العاكسة التي لها شكل رأس واحد، ولكنها لا تتكرر بانعكاسات بسيطة. ويمكن تمثيل معظم هذه المتعددات بعمليات مثل تناوب متعددات الوجوه المنتظمة الأخرى.

يمكن إنشاء أشكال الرؤوس لمخططات كوكسيتر ذات الحلقة الواحدة من المخطط عن طريق إزالة العقدة ذات الحلقة، وتكوين حلقات حول العقد المجاورة. وتكون أشكال الرؤوس هذه متعدية على مستوى الرؤوس.

يمكن إنشاء متعددات الوجوه متعددة الحلقات بعملية بناء أكثر تعقيدًا بعض الشيء، ولا يكون شكلها الطوبولوجي متعدد وجوه منتظمًا. على سبيل المثال، يكون شكل رأس متعدد الوجوه المنتظم المقطوع (ذو حلقتين) هرمًا. أما متعدد الوجوه المقطوع بالكامل (جميع رؤوسه محاطة بحلقات) فسيكون شكل رأسه دائمًا بسيطًا غير منتظم.

نصف القطر المحيطي

تتميز المضلعات المنتظمة بأطوال حواف متساوية، وجميع رؤوسها على مسافة متساوية من المركز، وتسمى هذه المسافة نصف القطر المحيط .

يمكن استخدام متعددات الوجوه المنتظمة التي يساوي نصف قطر محيطها طول ضلعها كأشكال رؤوس لخلايا النحل المنتظمة . على سبيل المثال، ينقسم الشكل السداسي المنتظم إلى 6 مثلثات متساوية الأضلاع، وهو شكل الرؤوس للتبليط المثلثي المنتظم . كذلك ، ينقسم المكعب الثماني الأوجه إلى 8 رباعيات أوجه منتظمة و6 أهرامات مربعة (نصف ثماني الأوجه )، وهو شكل الرؤوس لخلية النحل المكعبة المتناوبة .

متعددات الوجوه المنتظمة حسب البعد

من المفيد تصنيف متعددات الوجوه المنتظمة حسب بُعدها. وهذا يُعادل عدد العُقد في مخطط كوكسيتر، أو عدد المستويات الفائقة في بناء ويثوف. ولأن متعددات الوجوه ذات البُعد ( n +1) هي تبليطات للفضاء الكروي ذي البُعد n ، فإن تبليطات الفضاء الإقليدي والزائدي ذي البُعد n تُعتبر أيضًا متعددة الوجوه ذات البُعد ( n +1). ومن ثم، تُجمع تبليطات الفضاء ثنائي الأبعاد مع المجسمات ثلاثية الأبعاد.

بُعد واحد

المضلع الوحيد أحادي البعد هو القطعة المستقيمة. وهو يطابق عائلة كوكسيتر A1 .

بعدين

في بُعدين، توجد عائلة لانهائية من المضلعات المنتظمة المحدبة، وأبسطها المثلث متساوي الأضلاع . تتحول المضلعات المنتظمة المقتطعة إلى مضلعات شبه منتظمة هندسيًا ثنائية اللون ، ذات ضعف عدد الأضلاع، أي t{p}={2p}. تُعرض أدناه بعض المضلعات المنتظمة الأولى (وأشكالها شبه المنتظمة):

اسمالمثلث ( ثنائي الأبعاد )مربع ( مربع ثنائي ) ( مكعب ثنائي )البنتاغونمسدسسباعي الأضلاعمثمنإنياجونالعشاريأحد عشر ضلعًا
شلافلي{3}{4} t{2}{5}{6} t{3}{7}{8} t{4}{9}{10} t{5}{11}
مخطط كوكسيتر
صورة
اسماثنا عشر مضلعًاثلاثي عشر الأضلاعرباعي عشر الأضلاعخماسي عشريسداسي عشريسباعي عشريثماني عشريإينيديكاتونمضلع عشروني
شلافلي{12} t{6}{13}{14} t{7}{15}{16} t{8}{17}{18} t{9}{19}{20} t{10}
مخطط كوكسيتر
صورة

يوجد أيضًا عدد لا نهائي من المضلعات النجمية (مضلع واحد لكل عدد نسبي أكبر من 2)، لكنها غير محدبة. أبسط مثال على ذلك هو النجمة الخماسية ، التي تُقابل العدد النسبي 5/2. يمكن اقتطاع المضلعات النجمية المنتظمة، {p/q}، إلى مضلعات نجمية شبه منتظمة، t{p/q}=t{2p/q}، لكنها تُصبح تغطية مزدوجة إذا كان q زوجيًا. يمكن أيضًا إجراء اقتطاع باستخدام مضلع ذي اتجاه معكوس t{p/(p−q)}={2p/(p−q)}، على سبيل المثال t{5/3}={10/3}.

اسمنجمة خماسيةالرسوم البيانية السباعيةثمانية الأجرامأنماط الشخصية التسعةديكاجرام... n-grams
شلافلي{5/2}{7/2}{7/3}{8/3} t{4/3}{9/2}{9/4}{10/3} t{5/3}{ p/q }
مخطط كوكسيتر
صورة

المضلعات المنتظمة، التي يُرمز لها برمز شلافلي {p} للمضلع ذي p ضلعًا. المضلعات المنتظمة ثنائية ذاتيًا، لذا فإن عملية التصحيح تُنتج نفس المضلع. عملية القطع المنتظم تُضاعف عدد الأضلاع إلى {2p}. عملية الحذف، التي تُبدّل القطع، تُعيد المضلع الأصلي {p}. بالتالي، فإن جميع المضلعات المنتظمة هي أيضًا مضلعات منتظمة. يمكن إجراء العمليات التالية على المضلعات المنتظمة لاستنتاج المضلعات المنتظمة، وهي بدورها مضلعات منتظمة:

عمليةرموز شلافلي الموسعةنتيجة عاديةمخطط كوكسيترموضعالتناظر
(1)(0)
أحد الوالدين{p}t 0 {p}{p}{}--[p] (الترتيب 2p)
مُقوَّم (مزدوج)r{p}t 1 {p}{p}--{}[p] (الترتيب 2p)
مختصرt{p}t 0,1 {p}{2p}{}{}[[p]]=[2p] (الرتبة 4p)
نصفh{2p}{p}----[1 + ,2p]=[p] (رتبة 2p)
سحقs{p}{p}----[[p]] + =[p] (من الرتبة 2p)

ثلاثة أبعاد

في ثلاثة أبعاد، يصبح الوضع أكثر إثارة للاهتمام. هناك خمسة مجسمات منتظمة محدبة، تُعرف باسم المجسمات الأفلاطونية :

اسمSchläfli {p,q}رسم بيانيصورة (شفافة)صورة (صلبة)صورة (كرة)الوجوه {p}الحوافالرؤوس {q}التناظرمزدوج
رباعي الأوجه ( ثلاثي بسيط ) (هرم){3,3}4 {3}64 {3}تي دي(نفسه)
مكعب ( مكعب ثلاثي الأبعاد ) (سداسي الأوجه){4,3}6 {4}128 {3}أوهالمجسم الثماني
ثماني السطوح ( 3-أورثوبلكس ){3,4}8 {3}126 {4}أوهمكعب
مجسم ذو اثني عشر وجهًا{5,3}12 {5}3020 {3}2أناالمجسم العشري الوجوه
المجسم العشري الوجوه{3,5}20 {3}3012 {5}أنامجسم ذو اثني عشر وجهًا

بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا 13 مجسمًا متعدد السطوح شبه منتظم، أو مجسمات أرخميدس ، والتي يمكن الحصول عليها من خلال إنشاءات ويثوف ، أو عن طريق إجراء عمليات مثل القطع على المجسمات الأفلاطونية، كما هو موضح في الجدول التالي:

أحد الوالدينمختصرتم تصحيحهمُقتطع (ثنائي متعدٍ)مُقوَّم ثنائيًا (مزدوجًا)مُقَنَّطمقطوع بالكامل ( مقطع جزئيًا )سحق
رباعي الأوجه 3-3-2{3,3}(3.6.6)(3.3.3.3)(3.6.6){3,3}(3.4.3.4)(4.6.6)(3.3.3.3.3)
ثماني الأوجه 4-3-2{4,3}(3.8.8)(3.4.3.4)(4.6.6){3,4}(3.4.4.4)(4.6.8)(3.3.3.3.4)
عشروني الوجوه 5-3-2{5,3}(3.10.10)(3.5.3.5)(5.6.6){3,5}(3.4.5.4)(4.6.10)(3.3.3.3.5)

وهناك أيضًا مجموعة لا نهائية من الموشورات ، واحدة لكل مضلع منتظم، ومجموعة مقابلة من الموشورات المضادة .

8اسمصورةتبليطشكل الرأسالرسم التخطيطي ورموز Schläfli
P 2pموشورtr{2,p}
أ بالمنشور المضادsr{2,p}

تشمل المجسمات النجمية المنتظمة أربعة مجسمات نجمية منتظمة أخرى، ومجسمات كبلر-بوانسو ، و53 مجسمًا نجميًا شبه منتظم. كما توجد مجموعتان لانهائيتان، هما الموشورات النجمية (واحدة لكل مضلع نجمي) والموشورات النجمية المضادة (واحدة لكل عدد نسبي أكبر من 3/2).

الإنشاءات

يمكن تعريف المجسمات متعددة الأوجه المنتظمة من نوع Wythoff والتبليطات برمز Wythoff الخاص بها ، والذي يحدد المنطقة الأساسية للكائن. وينطبق امتداد لترميز Schläfli ، الذي استخدمه Coxeter أيضًا ، على جميع الأبعاد؛ ويتكون من الحرف 't'، متبوعًا بسلسلة من الأرقام الفرعية التي تُقابل العقد الحلقية في مخطط Coxeter ، ومتبوعًا برمز Schläfli للمجسم متعدد الأوجه الأساسي المنتظم. على سبيل المثال، يُمثل المجسم ثماني الأوجه المقطوع بالترميز: t 0,1 {3,4}.

عمليةرمز شلافليمخطط كوكسيتررمز Wythoffموضع:
أحد الوالدين{ص،q}{\displaystyle {\begin{Bmatrix}p,q\end{Bmatrix}}}{p,q}t 0 {p,q}q | 2 p{p}{ }------{ }
ثنائي التوجيه (أو مزدوج ){q،ص}{\displaystyle {\begin{Bmatrix}q,p\end{Bmatrix}}}{q,p}t 2 {p,q}ص | 2 ق--{ }{q}{ }----
مختصرت{ص،q}{\displaystyle t{\begin{Bmatrix}p,q\end{Bmatrix}}}t{p,q}t 0,1 {p,q}2 ق | ص{2p}{ }{q}--{ }{ }
مُقتطع ثنائيًا (أو ثنائي مُقتطع)ت{q،ص}{\displaystyle t{\begin{Bmatrix}q,p\end{Bmatrix}}}t{q,p}t 1,2 {p,q}2 ص | ق{p}{ }{2q}{ }{ }--
تم تصحيحه{صq}{\displaystyle {\begin{Bmatrix}p\\q\end{Bmatrix}}}r{p,q}t 1 {p,q}2 | pq{p}--{q}--{ }--
مُقَدَّس (أو مُوسَّع )ر{صq}{\displaystyle r{\begin{Bmatrix}p\\q\end{Bmatrix}}}rr{p,q}t 0,2 {p,q}pq | 2{p}{ }×{ }{q}{ }--{ }
مختصرة (أو مختصرة بالكامل )ت{صq}{\displaystyle t{\begin{Bmatrix}p\\q\end{Bmatrix}}}tr{p,q}t 0,1,2 {p,q}2 pq |{2p}{ }×{}{2q}{ }{ }{ }
عمليةرمز شلافليمخطط كوكسيتررمز Wythoffموضع:
تم تصحيح الانحناءs{صq}{\displaystyle s{\begin{Bmatrix}p\\q\end{Bmatrix}}}sr{p,q}| 2 pq{p}{3} {3}{q}------
سحقs{ص،q}{\displaystyle s{\begin{Bmatrix}p,q\end{Bmatrix}}}s{p,2q}ht 0,1 {p,q}s{2p}{3}{q}--{3}
 توليد المثلثات

أربعة أبعاد

في أربعة أبعاد، توجد ستة مجسمات رباعية منتظمة محدبة ، وسبعة عشر منشورًا على المجسمات الأفلاطونية والأرخميدية (باستثناء المنشور المكعب، الذي سبق اعتباره تيسيراكت ) ، ومجموعتان لانهائيتان: المنشورات على المنشورات المضادة المحدبة، والمنشورات المزدوجة . كما توجد أيضًا واحد وأربعون مجسمًا رباعيًا شبه منتظم محدب، بما في ذلك المنشور المضاد الكبير غير الويثوفي والمجسم ذو الأربع والعشرين خلية المقطوعة . ويتكون كلا هذين المجسمين الرباعيين الخاصين من مجموعات فرعية من رؤوس المجسم ذي الستمائة خلية .

لم تُحصَ جميع المجسمات النجمية المنتظمة رباعية الأبعاد. تشمل المجسمات التي حُصِدَت عشرة مجسمات نجمية منتظمة (شلافلي-هيس) رباعية الأبعاد، و57 موشورًا على مجسمات نجمية منتظمة، بالإضافة إلى ثلاث مجموعات لانهائية: الموشورات على الموشورات النجمية المضادة، والموشورات الثنائية الناتجة عن ضرب مضلعين نجميين، والموشورات الثنائية الناتجة عن ضرب مضلع عادي بمضلع نجمي. يوجد عدد غير معروف من المجسمات رباعية الأبعاد التي لا تندرج ضمن الفئات المذكورة أعلاه؛ وقد اكتُشِفَ أكثر من ألف مجسم حتى الآن.

مثال على رباعي الأوجه في خلية قرص العسل المكعبة . توجد 3 زوايا ثنائية السطوح قائمة (مرآتان متعامدتان متقاطعتان): الحواف من 1 إلى 2، ومن 0 إلى 2، ومن 1 إلى 3.
مخطط موجز لعمليات الاقتطاع

يمكن اعتبار كل متعدد سطوح منتظم بمثابة صور لمنطقة أساسية في عدد قليل من المرايا. في متعدد السطوح رباعي الأبعاد (أو خلية نحل مكعبة ثلاثية الأبعاد)، تكون المنطقة الأساسية محصورة بأربع مرايا. المرآة في الفضاء الرباعي هي مستوى فائق ثلاثي الأبعاد ، ولكن من الأنسب لأغراضنا أن نقتصر على دراسة تقاطعها ثنائي الأبعاد مع السطح ثلاثي الأبعاد للكرة الفائقة ؛ وبذلك تشكل المرايا رباعي سطوح غير منتظم .

يتم توليد كل من الأشكال المتعددة المنتظمة الستة عشر ذات البعد 4 بواسطة واحدة من مجموعات التناظر الأربع، كما يلي:

  • المجموعة [3,3,3]: الخلية الخماسية {3,3,3}، وهي ذاتية التناظر؛
  • المجموعة [3,3,4]: 16 خلية {3,3,4} ومكعبها المزدوج {4,3,3}؛
  • المجموعة [3،4،3]: المجموعة المكونة من 24 خلية {3،4،3}، ذاتية الازدواج؛
  • المجموعة [3,3,5]: 600 خلية {3,3,5}، وثنائيتها المكونة من 120 خلية {5,3,3}، وعشرة تشكيلات منتظمة لها.
  • المجموعة [3 1,1,1 ]: تحتوي فقط على الأعضاء المتكررة من عائلة [3,3,4].

(تُسمى المجموعات باستخدام تدوين كوكسيتر .)

يتم توليد ثمانية من خلايا النحل المحدبة المنتظمة في الفضاء الإقليدي ثلاثي الأبعاد بشكل مماثل من خلية النحل المكعبة {4,3,4}، من خلال تطبيق نفس العمليات المستخدمة لتوليد متعددات الوجوه المنتظمة رباعية الأبعاد من نوع Wythoffian.

بالنسبة لأي مُجسم تناظر بسيط، يمكن وضع نقطة توليد على أي من الرؤوس الأربعة، أو الحواف الستة، أو الوجوه الأربعة، أو الحجم الداخلي. على كل عنصر من هذه العناصر الخمسة عشر، توجد نقطة صورتها، المنعكسة في المرايا الأربعة، هي رؤوس متعدد السطوح رباعي منتظم.

تُكتب رموز شلافلي الموسعة بحرف t متبوعًا بواحد إلى أربعة أرقام سفلية 0، 1، 2، 3. إذا كان هناك رقم سفلي واحد، فإن نقطة التوليد تقع على زاوية المنطقة الأساسية، أي نقطة التقاء ثلاث مرايا. تُرمز هذه الزوايا بـ

  • 0 : رأس متعدد السطوح الرباعي الأصلي (مركز خلية الثنائي)
  • 1 : مركز حافة الأصل (مركز وجه الثنائي)
  • 2 : مركز وجه الأصل (مركز حافة الوجه الآخر)
  • 3 : مركز خلية الأصل (رأس الخلية الثنائية)

(بالنسبة للمضلعين الرباعيين المتناظرين ذاتيًا، تعني كلمة "متناظر" مضلعًا رباعيًا مشابهًا في الوضع المتناظر.) يشير وجود رمزين سفليين أو أكثر إلى أن نقطة التوليد تقع بين الزوايا المشار إليها.

ملخص بنائي

يُلخّص الجدول أدناه الأشكال البنائية الخمسة عشر حسب العائلة. تُدرج العائلات ذاتية التناظر في عمود واحد، بينما تُدرج العائلات الأخرى في عمودين مع مدخلات مشتركة في مخططات كوكسيتر المتناظرة . يُدرج الصف العاشر الأخير الإنشاءات ذات الخلايا الأربع والعشرين المقطوعة. يشمل ذلك جميع متعددات الوجوه الرباعية المنتظمة غير المنشورية، باستثناء المنشور المضاد الكبير غير الويثوفي ، الذي لا ينتمي إلى عائلة كوكسيتر.

أ 44 قبل الميلادد 4F 4H 4
[3,3,3][4,3,3][3,3 1,1 ][3,4,3][5,3,3]
5-خلية {3،3،3}16 خلية {3،3،4}مكعب رباعي الأبعاد {4،3،3}ديميتسيراكت {3,3 1,1 }24 خلية {3،4،3}600 خلية {3،3،5}120 خلية {5،3،3}
مقوم 5 خلايا r{3,3,3}مقوم ذو 16 خلية r{3,3,4}مكعب رباعي الأضلاع مصحح r{4,3,3}مُقَسَّمٌ مُعَدَّلٌ r{3,3 1,1 }مقوم 24 خلية r{3,4,3}مقوم 600 خلية r{3,3,5}مقوم 120 خلية r{5,3,3}
t{3,3,3} المقتطعة ذات 5 خلاياt{3,3,4} المقتطعة ذات 16 خليةمكعب رباعي الأبعاد مقطوع t{4,3,3}demitesseract t{3,3 1,1 }t{3,4,3} المقتطعة ذات 24 خليةt{3,3,5} المقتطعة ذات 600 خليةt{5,3,3} المقتطعة المكونة من 120 خلية
rr{3,3,3} ذو 5 خلايا متقابلةrr{3,3,4} ذات 16 خلية متقابلةمكعب رباعي الأبعاد ذو ضلعين rr{4,3,3}مكعب نصف دائري ذو شكل نصف دائري 2r{3,3 1,1 }rr {3,4,3}rr{3,3,5} ذات 600 خليةrr{5,3,3} ذات 120 خلية
خلايا خماسية محروقة t 0,3 {3,3,3}خلايا 16 محروقة t 0,3 {3,3,4}مكعب رباعي الأبعاد مقلوب t 0,3 {4,3,3}خلايا 24 محروقة t 0,3 {3,4,3}خلايا محروقة 600 خلية، خلايا محروقة 120 خلية، t 0,3 {3,3,5}
t 1,2 {3,3,3} ، مقطع ثنائيًا مكونًا من 5 خلايا2t{3,3,4} مبتورة ثنائياً مكونة من 16 خليةمكعب رباعي الأبعاد مُقتطع ثنائياً 2t{4,3,3}مجزأة القطع 2t{3,3 1,1 }2t{3,4,3} مبتورة ثنائياً مكونة من 24 خلية600 خلية مقطوعة بتات، 120 خلية مقطوعة بتات، 2t{3,3,5}
خلايا tr{3,3,3} المقطوعة ذات 5 خلاياخلايا مبتورة ذات 16 خلية tr{3,3,4}tesseract مقطوعة tr{4,3,3}omnitruncated demitesseract tr{3,3 1,1 }خلايا tr{3,4,3} ذات 24 خلية مقطوعةخلايا مقتطعة 600 خلية tr{3,3,5}خلايا مبتورة ذات 120 خلية tr{5,3,3}
runcitruncated 5-cell t 0,1,3 {3,3,3}runcitruncated 16-cell t 0,1,3 {3,3,4}runcitruncated tesseract t 0,1,3 {4,3,3}runcicantellated demitesseract rr{3,3 1,1 }runcitruncated 24-cell t 0,1,3 {3,4,3}runcitruncated 600-cell t 0,1,3 {3,3,5}runcitruncated 120-cell t 0,1,3 {5,3,3}
omnitruncated 5-cell t 0,1,2,3 {3,3,3}omnitruncated 16-cell t 0,1,2,3 {3,3,4}مكعب رباعي الأبعاد مقطوع بالكامل t 0,1,2,3 {3,3,4}omnitruncated 24-cell t 0,1,2,3 {3,4,3}خلية واحدة مقطوعة بالكامل 120 خلية خلية واحدة مقطوعة بالكامل 600 خلية t 0,1,2,3 {5,3,3}
خلايا sr{3,3,4} متناوبة ومختصرة ذات 16 خليةsnub demitesseract sr{3,3 1,1 }خلايا متناوبة مقطوعة مكونة من 24 خلية s{3,4,3}

أشكال مختصرة

يُحدد الجدول التالي 15 شكلاً من أشكال الاقتطاع. يمكن أن يحتوي كل شكل على نوع خلية واحد إلى أربعة أنواع، تقع في المواضع 0 و1 و2 و3 كما هو موضح أعلاه. تُسمى الخلايا باستخدام ترميز الاقتطاع متعدد السطوح.

  • يتم تمثيل المنشور ذي n ضلعًا على النحو التالي : {  n}×{ }.
  • تظهر الخلفية الخضراء على النماذج التي تعادل إما النموذج الأصلي أو النموذج المزدوج.
  • الخلفية الحمراء توضح عمليات اقتطاع الأصل، والخلفية الزرقاء توضح عمليات اقتطاع الثنائي.
عمليةرمز شلافليمخطط كوكسيترالخلايا حسب الموقع:
(3)(2)(1)(0)
أحد الوالدين{p,q,r}t 0 {p,q,r}{p,q}------
تم تصحيحهr{p,q,r}t 1 {p,q,r}r{p,q}----{q,r}
ثنائي التقويم (أو ثنائي التقويم)2r{p,q,r} = r{r,q,p}t 2 {p,q,r}{q,p}----r{q,r}
ثلاثي التوجيه (أو ثنائي )3r{p,q,r} = {r,q,p}t 3 {p,q,r}------{r,q}
مختصرt{p,q,r}t 0,1 {p,q,r}t{p,q}----{q,r}
مختصرة2t{p,q,r}2t{p,q,r}t{q,p}----t{q,r}
ثلاثي القطع (أو ثنائي القطع)3t{p,q,r} = t{r,q,p}t 2,3 {p,q,r}{q,p}----t{r,q}
مُقَنَّطrr{p,q,r}t 0,2 {p,q,r}rr{p,q}--{ }×{r}r{q,r}
ثنائي الكانتيل (أو ثنائي الكانتيل)r2r{p,q,r} = rr{r,q,p}t 1,3 {p,q,r}r{p,q}{p}×{ }--rr{q,r}
مُوسّع (أو مُوسّع )e{p,q,r}t 0,3 {p,q,r}{p,q}{p}×{ }{ }×{r}{r,q}
مقتطعtr{p,q,r}tr{p,q,r}tr{p,q}--{ }×{r}t{q,r}
ثنائي القطع (أو ثنائي القطع)t2r{p,q,r} = tr{r,q,p}t 1,2,3 {p,q,r}t{q,p}{p}×{ }--tr{q,r}
مقطوعe t {p,q,r}t 0,1,3 {p,q,r}t{p,q}{2p}×{ }{ }×{r}rr{q,r}
Runcicantellated (أو runcitruncated dual)e 3t {p,q,r} = e t {r,q,p}t 0,2,3 {p,q,r}tr{p,q}{p}×{ }{ }×{2r}t{r,q}
Runcicantitruncated (or omnitruncated )o{p,q,r}t 0,1,2,3 {p,q,r}tr{p,q}{2p}×{ }{ }×{2r }tr{q,r}

أنصاف الأشكال

توجد أنصاف الهياكل التي تحتوي على ثقوب بدلاً من العقد الحلقية. يجب أن تكون الفروع المجاورة للثقوب والعقد غير النشطة ذات رتبة زوجية. تمتلك أنصاف الهياكل رؤوسًا مماثلة لتلك الموجودة في الهياكل الحلقية.

عمليةرمز شلافليمخطط كوكسيترالخلايا حسب الموقع:
(3)(2)(1)(0)
نصف متبادلh{p,2q,r}ht 0 {p,2q,r}h{p,2q}------
مقوم بالتناوبhr{2p,2q,r}ht 1 {2p,2q,r}hr{2p,2q}----h{2q,r}
اقتطاع متناوبs{p,2q,r}ht 0,1 {p,2q,r}s{p,2q}----h{2q,r}
اقتطاع متناوب2s{2p,q,2r}ht 1,2 {2p,q,2r}s{q,2p}----s{q,2r}
مُقوَّم مُقَطَّع مُتَبَدِّدsr{p,q,2r}ht 0,1,2 {p,q,2r}sr{p,q}--s{2,2r}s{q,2r}
التقطيع المتبادل أومنيسنوبos{p,q,r}ht 0,1,2,3 {p,q,r}sr{p,q}{p}×{ }{ }×{r}sr{q,r}

الأبعاد الخمسة وما فوقها

في الأبعاد الخمسة وما فوقها، توجد ثلاثة أشكال متعددة السطوح منتظمة، هي المكعب الفائق ، والمُجَسَّم البسيط، والمُجَسَّم المتقاطع . وهي تعميمات للمكعب ثلاثي الأبعاد، والهرم الرباعي، والهرم الثماني، على التوالي. لا توجد أشكال متعددة السطوح نجمية منتظمة في هذه الأبعاد. تُستخلص معظم الأشكال متعددة السطوح المنتظمة ذات الأبعاد الأعلى بتعديل الأشكال متعددة السطوح المنتظمة، أو بأخذ حاصل الضرب الديكارتي لأشكال متعددة السطوح ذات أبعاد أقل.

في الأبعاد الستة والسبعة والثمانية، تبرز زمر لي البسيطة الاستثنائية ، E6 و E7 و E8 . بوضع حلقات على عدد غير صفري من عقد مخططات كوكسيتر ، يمكن الحصول على 39 متعدد وجوه سداسي جديد، و 127 متعدد وجوه سباعي جديد ، و255 متعدد وجوه ثماني جديد. ومن الأمثلة البارزة متعدد الوجوه 421 .

خلايا نحل موحدة

يرتبط بموضوع متعددات الوجوه المنتظمة المنتهية، خلايا النحل المنتظمة في الفضاءات الإقليدية والزائدية. تُولَّد خلايا النحل المنتظمة الإقليدية بواسطة زمر كوكسيتر الأفينية ، بينما تُولَّد خلايا النحل الزائدة بواسطة زمر كوكسيتر الزائدة . ويمكن ضرب زمرتين أفينيتين من زمر كوكسيتر معًا.

توجد فئتان من زمر كوكسيتر الزائدية، وهما الزمر المدمجة والزمر شبه المدمجة. تتميز الأشكال السداسية المنتظمة المولدة بواسطة الزمر المدمجة بأوجه وأشكال رؤوس محدودة، وتوجد في أبعاد من 2 إلى 4. أما الزمر شبه المدمجة، فتتميز برسوم بيانية فرعية أفينية أو زائدية، وأوجه أو أشكال رؤوس غير محدودة، وتوجد في أبعاد من 2 إلى 10.

انظر أيضاً

مراجع

عائلةأنب نI 2 ( p ) / D nE 6 / E 7 / E 8 / F 4 / G 2H n
مضلع منتظممثلثمربعبي-جونمسدسالبنتاغون
متعدد السطوح منتظمرباعي الأوجهثماني الأوجهمكعبمكعب ديميكيوبالمجسم ذو الاثني عشر وجهًاالمجسم ذو العشرين وجهًا
بوليكلورون موحدبنتاشورون16 خليةتيسيراكتديميتسيراكت24 خلية120 خلية600 خلية
متعدد الوجوه الخماسي المنتظم5-simplex5-أورثوبليكس5-كيوب5-نصف مكعب
متعدد الوجوه سداسي منتظم6-simplex6-أورثوبليكس6-كيوب6-نصف مكعب1 222 21
متعدد الوجوه منتظم ذو 7 أوجه7-simplex7-أورثوبليكس7-كيوب7-نصف مكعب1 322 313 21
متعدد الوجوه منتظم ذو 8 أوجه8-simplex8-أورثوبليكس8-كيوب8-نصف مكعب1 422 414 21
متعدد الوجوه ذو 9 أجزاء متجانس9-simplex9-أورثوبليكس9-كيوب9-نصف مكعب
متعدد الوجوه منتظم مكون من 10 أجزاء10-simplex10-أورثوبليكس10-كيوب10-نصف مكعب
متعدد السطوح المنتظم من النوع nn - سيمبلكسن - أورثوبليكسن - كيوبن - نصف مكعب1 k22 k1k 21متعدد الوجوه الخماسي n
المواضيع: عائلات متعددات الوجوهمتعدد الوجوه المنتظمقائمة متعددات الوجوه المنتظمة والمركباتعمليات متعددات الوجوه