Кіріспе

Тетраэдрдің төрт өлшемді аналогы, Паскаль үшбұрышының бесінші элементтерінің тізбегі. Геометрияда 5 ұяшық – Шлефли символы {3,3,3} болатын дөңгелек 4-политоп. Бұл 5 төбесі бар төрт өлшемді нысан, ол бес тетраэдрлік жасушалармен шектелген. Ол C5, пентахорон, пентатоп, пентаэдроид немесе тетраэдрлік пирамида деп те аталады. Бұл 4-симплекс (Коксетер политопы), ең қарапайым мүмкін дөңгелек 4-политоп, және үш өлшемдегі тетраэдрге, ал екі өлшемдегі үшбұрышқа аналогты. 5 ұяшық – тетраэдрлік негізі және төрт тетраэдрлік қабырғасы бар төрт өлшемді пирамида. Тұрақты 5 ұяшық бес тұрақты тетраэдрмен шектелген және ол алты тұрақты дөңгелек 4-политоптың бірі (Платондық денелердің төрт өлшемді аналогтары). Тұрақты тетраэдрдің барлық төбелерінен бір қабырға ұзындығы қашықтықтағы бесінші төбе қосу арқылы тұрақты 5 ұяшықты құруға болады. Бұл үш өлшемді кеңістікте мүмкін емес. Тұрақты 5 ұяшық – мына мәселенің шешімі: барлық қабырғалары бірдей, әрқайсысы бір шұңқырдан тұратын 10 теңқабырғалы үшбұрыш жасаңыз, ал үшбұрыштар мен шұңқырлардың ешқайсысы қиыспасын. Үш өлшемде мұндай шешім жоқ.

Геометрия

5 ұяшық – 4 өлшемді симплекс, мүмкін болатын ең қарапайым 4 политоп. Сондықтан ол 6 дөңгелек тұрақты 4 политоптар тізбегіндегі бірінші политоп (өлшемі мен күрделілігі бойынша). 5 ұяшық кез келген бес нүктеден құралады, егер олардың барлығы бір гипержазықтықта жатпаса (тетраэдр кез келген төрт нүктеден құралады, егер олардың барлығы бір жазықтықта жатпаса, ал үшбұрыш кез келген үш нүктеден құралады, егер олардың барлығы бір түзуде жатпаса). Кез келген мұндай бес нүкте 5 ұяшықты құрайды, бірақ көбінесе бұл тұрақты 5 ұяшық емес. Тұрақты 5 ұяшық басқа тұрақты дөңгелек 4 политоптардың ішінде тек біреуінде ғана кездеседі: 600 төбелі 120 ұяшықтың құрамы – 120 тұрақты 5 ұяшықтан тұрады.

Құрылымы

Бес тетраэдрлі тор төрт өлшемді кеңістікте бүктелгенде, әрбір тетраэдр қалған төртеуімен беттері арқылы біріктірілсе, нәтижесіндегі 5 ұяшықтың барлығы 5 төбесі, 10 қабырғасы және 10 жағы болады. Әр төбеде төрт қабырға, ал әр қабырғада үш тетраэдрлік жасуша түйіседі. 5 ұяшық өзіне-өзі дуалды (барлық симплекстер сияқты), ал оның төбелік фигурасы тетраэдр болып табылады. Оның үш өлшемді кеңістікпен максималды қиылысы үшбұрышты призма болып табылады. Оның диэдрлік бұрышы cos⁻¹ немесе шамамен 75,52 градусқа тең. Екі 5 ұяшықтың дуалды конфигурациядағы дөңгеленген қабығы – биттік 5 ұяшықтың дуалы, дисфеноидты 30 ұяшық.

Геодезиялық және айналымдар

5 ұяшықта тек қана дигон орталық жазықтықтары төбелер арқылы өтеді. Оның 10 дигон орталық жазықтығы бар, онда әрбір төбе жұбы 5 ұяшықтың осі емес, жиегі болып табылады. Әрбір дигон жазықтығы 3 басқа жазықтыққа перпендикуляр, бірақ олардың ешқайсысына толыққанды перпендикуляр емес. 5 ұяшықтың ерекше изоклиникалық айналысы, инвариантты жазықтықтар жұбы ретінде, осы 10 дигон жазықтықтары мен олардың толыққанды перпендикуляр орталық жазықтықтарын қамтиды, бұл 0 гондық жазықтықтар, олар 5 ұяшықтың төбелерімен қиылыспайды. 5 ұяшықтың барлық 5 төбесі арқылы 5 жиек бойымен айналым жасаудың екі жолы бар, сондықтан 5 ұяшықтың үлкен дигондарының екі дискретті Хопф фибрациясы бар. Екі фибрацияның әрқайсысы сол және оң жақ изоклиникалық айналымдар жұбына сәйкес келеді, олардың әрқайсысы 5 кезеңдік айналымда барлық 5 төбені айналдырады. 5 ұяшықта тек екі ерекше 5 кезеңдік изоклин бар (бұл 5 төбе арқылы өтетін шеңберлер), олардың әрқайсысы екі түрлі фибрациядағы оң айналудың бір изоклині және сол айналудың бір изоклині ретінде әрекет етеді. Төменде төртінші өлшем сығылып, түс ретінде көрсетілген 5 ұяшықтың айналуы бейнеленген. Клиффорд торы тікбұрышты (орау) нысанында бейнеленген.

Боердиджк Коксетер спиралі

5 ұяшықты бес тізбекті тетраэдрлерден тұратын Боердикко-Коксетер спиралі ретінде құрастыруға болады, ол төрт өлшемді сақинаға бүктеледі. 10 үшбұрышты жағын үшбұрышты мозаикадағы 2D желіде көруге болады, әр төбесінде 6 үшбұрыштан, бірақ төртінші өлшемге бүктеу кезінде қабырғалар бір-бірімен беттеседі. Күлгін қабырғалар 5 ұяшықтың Петри көпбұрышы болып табылатын дұрыс бесбұрыш құрайды. Көк қабырғалар әр екінші төбені байланыстырып, 5 ұяшықтың Клиффорд көпбұрышы болып табылатын пентаграмманы жасайды. Пентаграмманың көк қабырғалары 5 ұяшықтың изоклинасының хордалары болып табылады, оның төбелері изоклиникалық айналу кезінде өтетін дөңгелек айналу жолы, сондай-ақ Клиффорд ығысуы деп те аталады.

Болжамдар

A4 Коксетер жазықтығы 5-ұяшықты тұрақты бесбұрыш пен пентаграммаға проекциялайды. 5-ұяшықтың А3 Коксетер жазықтығы проекциясы – шаршы пирамида проекциясы. 5-ұяшықтың А2 Коксетер жазықтығы проекциясы үшбұрышты бипирамида (беттерімен біріктірілген екі тетраэдр) проекциясы болып табылады, онда екі қарама-қарсы төбелері ортаға жиналған. 3 өлшемге проекциялар. 5-ұяшықтың 3 өлшемге төбесінен жасалған проекциясы тетраэдрлік проекция қабығына ие. 5-ұяшықтың ең жақын төбесі тетраэдрдің ортасына проекцияланады, мына суретте қызыл түспен көрсетілгендей. Ең алыс ұяшықтар тетраэдрлік қабыққа, ал қалған 4 ұяшық орталық төбеге жанасқан 4 жалпақ тетраэдрлік аймақтарға проекцияланады. 5-ұяшықтың 3 өлшемге жиегінен жасалған проекциясы үшбұрышты дипирамидалық қабыққа ие. Ең жақын жиек (мына суретте қызылмен көрсетілген) дипирамида осіне проекцияланады, оны қоршаған үш ұяшық осы осьтің айналасында 120 градус бұрышпен орналасқан 3 тетраэдрлік көлемге проекцияланады. Қалған 2 ұяшық дипирамиданың екі жартысына проекцияланады және пентатоптың алыс жағында орналасқан. 5-ұяшықтың 3 өлшемге бетінен жасалған проекциясы да үшбұрышты дипирамидалық қабыққа ие. Ең жақын бет қызыл түспен көрсетілген. Бұл бетпен жанасатын екі ұяшық дипирамиданың екі жартысына проекцияланады. Қалған үш ұяшық 4D көзқарас бойынша пентатоптың алыс жағында орналасқан және түсініктілік үшін суреттен алынып тасталған. Олар дипирамиданың орталық осінің айналасында, жиектерден жасалған проекциядағыдай орналасқан. 5-ұяшықтың 3 өлшемге ұяшығынан жасалған проекциясы тетраэдрлік қабыққа ие. Ең жақын ұяшық бүкіл қабыққа проекцияланады және 4D көзқарас бойынша қалған 4 ұяшықты жасырады; сондықтан олар мұнда көрсетілмейді.

Қалыпсыз 5 ұяшықтар

5-ші ұяшық сияқты симплекстердің жағдайында, кейбір ретсіз пішіндер белгілі бір жағынан тұрақты пішінге қарағанда негізгі болып табылады. Тұрақты 5-ші ұяшықтар 4-ші өлшемді кеңістікті немесе тұрақты 4-политоптарды толтыра алмаса да, ретсіз 5-ші ұяшықтар оны толтыра алады. Осы ерекше 5-ші ұяшықтар – әртүрлі 4-политоптарды тудыратын әртүрлі симметриялық топтардың негізгі домендері болып табылады.

Құрама

Екі 5 ұяшықтың қос конфигурациядағы қосылысын осы A5 Коксетер жазықтығының проекциясында қызыл және көк түсті 5 ұяшықтың төбелері мен қабырғалары арқылы көруге болады. Бұл қосылыстың [[3,3,3]] симметриясы бар, оның реті 240-қа тең. Осы екі 5 ұяшықтың қиылысы біртекті екі бөлікпен қиылған 5 ұяшық болып табылады. = ∩
Бұл қосылысты 2D гексаграмманың және екі тетраэдрдің 3D қосылысының 4D аналогы ретінде қарастыруға болады.

Қауысқан политоптар мен бал аралары

Пентахорон (5 жасуша) – [3,3,3] Коксетер тобынан құралған 9 біркелкі полихораның ең қарапайым түрі. Ол тетраэдрлік төбесі бар тұрақты полихоралардың {p,3,3} тізбегінде орналасады: Евклидтік 4 кеңістіктегі тесеракты {4,3,3} және 120 жасушалы {5,3,3}, сондай-ақ гиперболалық кеңістіктегі гексагональды мозаикалы бал ұясы {6,3,3}. Ол тетраэдрлік жасушалары бар үш {3,3,p} тұрақты 4-өлшемді политоптың бірі, соның ішінде 16 жасушалы {3,3,4} және 600 жасушалы {3,3,5}. Гиперболалық кеңістіктегі 6-реттік тетраэдрлік бал ұясы {3,3,6} да тетраэдрлік жасушаларға ие. Ол 24 жасушалы {3,4,3} сияқты өзіне-өзі дуалды, палиндромды {3,p,3} Шлефли символына ие.