En geometría , el símbolo de Schläfli es una notación de la forma que define politopos y teselaciones regulares .
El símbolo de Schläfli debe su nombre al matemático suizo del siglo XIX Ludwig Schläfli , [1] : 143 quien generalizó la geometría euclidiana a más de tres dimensiones y descubrió todos sus politopos regulares convexos, incluidos los seis que existen en cuatro dimensiones.
El símbolo de Schläfli es una descripción recursiva , [1] : 129 que comienza con { p } para un polígono regular de p lados que es convexo . Por ejemplo, {3} es un triángulo equilátero , {4} es un cuadrado , {5} un pentágono regular convexo , etc.
Los polígonos regulares estrellados no son convexos, y sus símbolos de Schläfli { p / q } contienen fracciones irreducibles p / q , donde p es el número de vértices, y q es su número de giro . De manera equivalente, { p / q } se crea a partir de los vértices de { p }, conectados cada q . Por ejemplo, { 5 ⁄ 2 } es un pentagrama ; { 5 ⁄ 1 } es un pentágono .
Un poliedro regular que tiene q caras poligonales regulares de p lados alrededor de cada vértice se representa mediante { p , q }. Por ejemplo, el cubo tiene 3 cuadrados alrededor de cada vértice y se representa mediante {4,3}.
Un politopo regular de 4 dimensiones , con r { p , q } celdas poliédricas regulares alrededor de cada arista, se representa mediante { p , q , r }. Por ejemplo, un teseracto , {4,3,3}, tiene 3 cubos , {4,3}, alrededor de una arista.
En general, un politopo regular { p , q , r ,..., y , z } tiene z { p , q , r ,..., y } facetas alrededor de cada pico , donde un pico es un vértice en un poliedro, una arista en un 4-politopo, una cara en un 5-politopo y una ( n -3)-cara en un n -politopo.
Un politopo regular tiene una figura de vértice regular . La figura de vértice de un politopo regular { p , q , r ,..., y , z } es { q , r ,..., y , z }.
Los politopos regulares pueden tener elementos poligonales en forma de estrella , como el pentagrama , con símbolo { 5 ⁄ 2 }, representado por los vértices de un pentágono pero conectados alternativamente.
El símbolo de Schläfli puede representar un poliedro convexo finito , una teselación infinita del espacio euclidiano o una teselación infinita del espacio hiperbólico , dependiendo del defecto angular de la construcción. Un defecto angular positivo permite que la figura del vértice se pliegue en una dimensión superior y se enrolle sobre sí misma como un politopo. Un defecto angular cero tesela el espacio de la misma dimensión que las facetas. Un defecto angular negativo no puede existir en el espacio ordinario, pero puede construirse en el espacio hiperbólico.
Generalmente se supone que una faceta o una figura de vértice es un politopo finito, pero a veces puede considerarse en sí misma una teselación.
Un politopo regular también tiene un politopo dual, representado por los elementos del símbolo de Schläfli en orden inverso. Un politopo regular autodual tendrá un símbolo de Schläfli simétrico.
Además de describir politopos euclidianos, los símbolos de Schläfli se pueden utilizar para describir politopos esféricos o panales esféricos. [1] : 138
El trabajo de Schläfli era casi desconocido durante su vida, y su notación para describir politopos fue redescubierta independientemente por varios otros. En particular, Thorold Gosset redescubrió el símbolo de Schläfli, que escribió como | p | q | r | ... | z | en lugar de con corchetes y comas como lo hizo Schläfli. [1] : 144
La forma de Gosset tiene mayor simetría, por lo que el número de dimensiones es el número de barras verticales y el símbolo incluye exactamente los subsímbolos de la figura de la faceta y del vértice. Gosset consideró a | p como un operador, que se puede aplicar a | q | ... | z | para producir un politopo con caras p -gonales cuya figura del vértice es | q | ... | z |.
Los símbolos de Schläfli están estrechamente relacionados con los grupos de simetría de reflexión (finitos) , que corresponden precisamente a los grupos de Coxeter finitos y se especifican con los mismos índices, pero entre corchetes [ p , q , r ,...]. Dichos grupos suelen nombrarse por los politopos regulares que generan. Por ejemplo, [3,3] es el grupo de Coxeter para la simetría tetraédrica reflexiva , [3,4] es la simetría octaédrica reflexiva y [3,5] es la simetría icosaédrica reflexiva .
El símbolo de Schläfli de un polígono regular convexo con p aristas es { p }. Por ejemplo, un pentágono regular se representa con {5}.
Para polígonos estelares no convexos, se utiliza la notación constructiva { p ⁄ q }, donde p es el número de vértices y q −1 es el número de vértices que se omiten al dibujar cada arista de la estrella. Por ejemplo, { 5 ⁄ 2 } representa el pentagrama .
El símbolo de Schläfli de un poliedro regular es { p , q } si sus caras son p -gonos y cada vértice está rodeado por q caras (la figura del vértice es un q -gono).
Por ejemplo, {5,3} es el dodecaedro regular . Tiene caras pentagonales (5 aristas) y 3 pentágonos alrededor de cada vértice.
Vea los cinco sólidos platónicos convexos y los cuatro poliedros de Kepler-Poinsot no convexos .
Topológicamente, una teselación regular bidimensional puede considerarse similar a un poliedro (tridimensional), pero tal que el defecto angular es cero. Por lo tanto, los símbolos de Schläfli también pueden definirse para teselaciones regulares del espacio euclidiano o hiperbólico de manera similar a como se hace para los poliedros. La analogía es válida para dimensiones superiores.
Por ejemplo, el mosaico hexagonal está representado por {6,3}.
El símbolo de Schläfli de un 4-politopo regular tiene la forma { p , q , r }. Sus caras (bidimensionales) son p -gonos regulares ({ p }), las celdas son poliedros regulares de tipo { p , q }, las figuras de vértice son poliedros regulares de tipo { q , r } y las figuras de arista son r -gonos regulares (tipo { r }).
Vea los seis politopos convexos regulares y los diez politopos estelares regulares .
Por ejemplo, el modelo de 120 celdas está representado por {5,3,3}. Está formado por celdas dodecaédricas {5,3} y tiene 3 celdas alrededor de cada arista.
Hay una teselación regular del espacio tridimensional euclidiano: el panal cúbico , con un símbolo de Schläfli de {4,3,4}, hecho de celdas cúbicas y 4 cubos alrededor de cada borde.
También hay cuatro teselaciones hiperbólicas compactas regulares, entre ellas {5,3,4}, el pequeño panal dodecaédrico hiperbólico , que llena el espacio con celdas dodecaédricas .
Si el símbolo de un 4-politopo es palindrómico (por ejemplo, {3,3,3} o {3,4,3}), su truncamiento de bits solo tendrá formas truncadas de la figura del vértice como celdas.
Para politopos regulares de dimensiones superiores , el símbolo de Schläfli se define recursivamente como { p 1 , p 2 , ..., p n − 1 } si las facetas tienen el símbolo de Schläfli { p 1 , p 2 , ..., p n − 2 } y las figuras de vértice tienen el símbolo de Schläfli { p 2 , p 3 , ..., p n − 1 } .
Una figura de vértice de una faceta de un politopo y una faceta de una figura de vértice del mismo politopo son iguales: { p 2 , p 3 , ..., p n − 2 } .
Solo hay 3 politopos regulares de 5 dimensiones o más: el símplex , {3, 3, 3, ..., 3}; el politopo cruzado , {3, 3, ..., 3, 4}; y el hipercubo , {4, 3, 3, ..., 3}. No hay politopos regulares no convexos de más de 4 dimensiones.
Si un politopo de dimensión n ≥ 2 tiene símbolo de Schläfli { p 1 , p 2 , ..., p n − 1 } entonces su dual tiene símbolo de Schläfli { p n − 1 , ..., p 2 , p 1 }.
Si la sucesión es palindrómica , es decir, la misma hacia delante y hacia atrás, el politopo es autodual . Todo politopo regular en 2 dimensiones (polígono) es autodual.
Los politopos prismáticos uniformes pueden definirse y nombrarse como un producto cartesiano (con el operador "×") de politopos regulares de menor dimensión.
Su simetría es [ ].
Su simetría es [2].
Su simetría es [2, p ].
Su simetría es [2, p , q ].Su simetría es [ p ,2, q ].Los duales prismáticos, o bipirámides, pueden representarse como símbolos compuestos, pero con el operador de adición , "+".
Su simetría es [2].Su simetría es [2, p ].Su simetría es [ p , q ].Su simetría es [ p ,2, q ].Los politopos piramidales que contienen vértices desplazados ortogonalmente se pueden representar mediante un operador de unión, "∨". Cada par de vértices entre figuras unidas está conectado por aristas.
En 2D, un triángulo isósceles se puede representar como ( ) ∨ { } = ( ) ∨ [( ) ∨ ( )].
En 3D:
En 4D:
Al mezclar operadores, el orden de las operaciones de mayor a menor es ×, +, ∨.
Los politopos axiales que contienen vértices en hiperplanos desplazados paralelos se pueden representar mediante el operador ‖. Un prisma uniforme es { n }‖{ n } y un antiprisma { n }‖ r { n }.
Un polígono regular truncado duplica sus lados. Un polígono regular con lados pares se puede dividir en dos. Un polígono regular 2n modificado con lados pares genera una figura compuesta en estrella, 2{n}.
Coxeter amplió su uso del símbolo de Schläfli a los poliedros cuasirregulares añadiendo una dimensión vertical al símbolo. Fue un punto de partida hacia el diagrama de Coxeter más general . Norman Johnson simplificó la notación para los símbolos verticales con un prefijo r . La notación t es la más general y corresponde directamente a los anillos del diagrama de Coxeter. Los símbolos tienen una alternancia correspondiente , que reemplaza los anillos con agujeros en un diagrama de Coxeter y el prefijo h que representa la mitad , construcción limitada por el requisito de que las ramas vecinas deben ser de orden par y corta el orden de simetría a la mitad. Un operador relacionado, a para alterado , se muestra con dos agujeros anidados, representa un poliedro compuesto con ambas mitades alternadas, conservando la simetría completa original. Un snub es una forma de la mitad de un truncamiento, y un holosnub son ambas mitades de un truncamiento alternado.
Las alternancias tienen la mitad de simetría que los grupos de Coxeter y se representan mediante anillos vacíos. Hay dos opciones posibles en las que se toman la mitad de los vértices, pero el símbolo no indica cuál de ellas. Las formas de cuarto se muestran aquí con un + dentro de un anillo vacío para indicar que son dos alternancias independientes.
Las formas alteradas y holocromadas tienen la simetría completa del grupo de Coxeter y están representadas por anillos dobles sin relleno, pero pueden representarse como compuestos.
Regular
Semi-regular
Politopos regulares.
