Кіріспе

Шындық проекциялық жазықтықты 3D кеңістікке өздігінен қиылыстыратын, жоғары симметриялық бейнелеу математикада римдік бет немесе Штайнер беті деп аталады – бұл шындық проекциялық жазықтықты үш өлшемді кеңістікке өздігінен қиылыстыратын бейнелеу, өте жоғары дәрежедегі симметрияға ие. Бұл бейнелеу проекциялық жазықтықтың толыққанды енуі емес; алайда, алты жекеше нүктені алып тастағаннан кейін алынған фигура ену болып табылады. Оның атауы 1844 жылы Римде болған кезде Якоб Штайнердің оны ашқандығынан туындаған. Ең қарапайым құрылысы – нөл нүктесінде орналасқан сфераның бейнесі. Бұл бейнелеудің жасырын формуласын береді. Сфераның ұзындығы (θ) және ені (φ) арқылы параметрленуі римдік бет үшін келесі параметрлік теңдеулерді береді: Нөл нүктесі үштік нүкте болып табылады, ал xy, yz және xz жазықтықтарының әрқайсысы сол жерде бетке жанама болып табылады. Өзін-өзі қиылыстыратын басқа жерлер – екі реттік нүктелер, олар алты қысым нүктесінде аяқталатын әрбір координаттық ось бойындағы сегменттерді анықтайды. Бүкіл бет тетраэдрлік симметрияға ие. Бұл Штайнер бетінің ерекше түрі (1-тип), яғни Веронез бетінің 3 өлшемді сызықтық проекциясы.

Бір жақтылық

Римдік беті бағдарланбайды, яғни бір жақты. Бұл бірден көзге көрінбейді. Мұны түсіну үшін 3-суретті қайта қараңыз. z = x y теңдеуімен берілген "үшінші" гиперболалық параболоидтың үстіндегі құмырсқаны көзге елестетіңіз. Осы құмырсқа солтүстікке қарай қозғалсын. Қозғалысы кезінде ол қабырға арқылы өтетін рух сияқты, қалған екі параболоидтің ішінде пайда болады. Бұл басқа параболоидтар суға батудың өзімен-өзі қиылысу қасиетіне байланысты кедергі секілді көрінеді. Құмырсқа барлық екі және үштік нүктелерді назарға алмастан, олардың ішінен өтіп кетсін. Осылайша, құмырсқа солтүстікке қарай жылжып, әлемнің шетінен құлайды дейік. Ол енді 3-суреттегі үшінші параболоидтың астында, солтүстік бөлігінде жасырынып, өзін тапты. Құмырсқа Римдік бетінің "сыртында", басы төмен тұр. Енді құмырсқа оңтүстік-батысқа қарай жылжиды. Ол батыс бөлігінің "ішінде" пайда болғанша, еңістің бойымен (басы төмен) көтеріледі. Содан кейін құмырсқа оңтүстік-шығыс бағытта, батыс бөлігінің ішінде, z = 0 осіне қарай, әрқашан x y жазықтығының үстінде қозғалсын. z = 0 осін өткеннен кейін құмырсқа шығыс бөлігінің "сыртында", тік тұрып қалады. Одан кейін ол солтүстікке қарай, "жотаның" үстінен, содан кейін солтүстік-батысқа қарай жылжиды, нәтижесінде x = 0 осіне қарай сырғанап түсе бастайды. Құмырсқа осы осьті кесіп өткеннен кейін солтүстік бөлігінің "ішінде", тік тұрып қалады. Енді құмырсқа солтүстікке қарай жүрсін. Ол қабырғаға көтеріліп, содан кейін солтүстік бөлігінің "шатырымен" жүреді. Құмырсқа үшінші параболоидқа қайта оралды, бірақ енді оның астында және басы төмен тұр. (Клейн бөтелкесімен салыстырыңыз.)

Қос, үш және қысып алу нүктелері

Римдік беттің төрт "жапырағы" бар. Әр жапырақтың шекарасы екі нүктелі үш түзуден тұрады. Әр екі жапырақшаның арасында екі нүктелі бір түзу бар. Бетте барлығы үш екі нүктелі түзу бар, олар (бұрын берілген параметрлеуде) координаттық осьтерде орналасқан. Осы үш екі нүктелі түзу түптегі бір үштік нүктеде қиылысады. Үштік нүкте екі нүктелі түзулерді екі жарты түзуге бөледі, және әр жарты түзу екі жапырақшаның арасында жатыр. Жоғарыда айтылғандарға сүйенсек, сегіз жапыраққа дейін болуы мүмкін, олар координаттық жазықтықтармен бөлінген кеңістіктің әрбір октантында орналасқан. Бірақ жапырақтар кезектесетін октанттарды алып жатады: төрт октант бос, ал төртіншісі жапырақтармен толған. Егер римдік бетті ең аз көлемді тетраэдрдің ішіне сыйғызуға болса, онда тетраэдрдің әр қабырғасы римдік бетпен бір нүктеде жанасады, және осы алты нүктенің әрқайсысы Уитни сингулярлығы болып табылады. Бұл сингулярлықтар немесе қысылу нүктелері, барлығы екі нүктелі үш түзудің жиектерінде орналасқан, және олар мына қасиетімен анықталады: сингулярлықта бетке жанасатын жазықтық жоқ.

Жалпы сілтемелер

А. Коффман, А. Шварц және С. Стантон: Штайнердің алгебрасы мен геометриясы және басқа да квадраттық параметрленетін беттер. Компьютерлік көмекпен геометриялық жобалау (3) 13 (1996 жылғы сәуір), 257–286 беттер. Берт Юттлер, Рагни Пьен: Геометриялық модельдеу және алгебралық геометрия. Springer, 2008, 30 бет.