Кіріспе
Геометрияда, төбелік фигура – кең мағынасында, полиэдр немесе политоптың бір бұрышы кесілгенде пайда болатын фигура.
In geometry, a vertex figure, broadly speaking, is the figure exposed when a corner of a polyhedron or polytope is sliced off.
Анықтамалар
Көпбұрыштың бір бұрышын немесе төбесін қарастырыңыз. Әрбір жалғасқан қабырғаның бойында бір нүкте белгілеңіз. Жалғасқан қырлар арқылы сызықтар жүргізіп, қырдың маңындағы көршілес нүктелерді қосыңыз. Бұл сызықтарды салғаннан кейін, төбе төңірегінде толық цикл, яғни көпбұрыш пайда болады. Осы көпбұрыш – төбелік фигура. Нақтырақ, формалды анықтамалар жағдайға қарай кең ауқымда өзгеруі мүмкін. Мысалы, Коксетер (мысалы, 1948, 1954) ағымдағы талқылау мәселесіне қарай анықтамасын өзгерте береді. Төбелік фигураның көптеген анықтамалары шексіз плиткаларға да, немесе кеңейтілген түрінде политоп жасушаларымен және басқа жоғары өлшемді политоптармен кеңістікті толтыруға да бірдей қолданылады.
Жаппай кесу
Көпбұрыштың бұрышы арқылы кесінді жасап, оған қосылған барлық қабырғаларды кесіңіз. Кесілген бет – бұл төбелік фигура. Бұл, әдетте, ең көп қолданылатын және түсінуге оңай тәсіл. Әртүрлі авторлар кесіндіні әртүрлі жерлерде жасайды. Wenninger (2003) және Coxeter (1948) сияқты, әр қабырғаны төбеден бірлік қашықтықта кесіп алады. Біркелкі көпбұрыштар үшін Дорман Люк конструкциясы әрбір жалғасқан қабырғаны оның ортасынан кесіп тастайды. Басқа авторлар әр қабырғаның екінші ұшы арқылы кесуді жасайды. Егер көпбұрыш дұрыс болмаса, берілген төбеге жанасқан барлық қабырғаларды төбеден бірдей қашықтықта кесу нәтижесінде жазықтықта жатпайтын фигура пайда болуы мүмкін. Кез келген дөңес көпбұрыштар үшін жарамды, жалпылама тәсіл – берілген төбені қалған барлық төбелерден бөлетін, бірақ басқаша кездейсоқ жазықтықта кесу. Бұл конструкция төбелік фигураның комбинаторлық құрылымын анықтайды, ол жалғасқан төбелер жиынтығына ұқсас (төменде қараңыз), бірақ оның нақты геометриясын емес; оны кез келген өлшемдегі дөңес политоптарға жалпылауға болады. Дегенмен, дөңес емес көпбұрыштар үшін, төбеге жанасқан барлық жақтарын кесіп өтетін төбеге жақын жазықтық болуы мүмкін емес.
Сфералық көпбұрыш ретінде
Кромвель (1999) көпжақтыны оның төбесінде орталастырылған, тек қана төбеге жанасқан қабырғалары мен жақтарын қиып өтетіндей кішкентай шармен қиыстыру арқылы төбелік фигураны құрайды. Бұл төбеде орталастырылған шар тәрізді кесім немесе ойыс жасау сияқты көрінеді. Осылайша, кесім беті немесе төбелік фигура осы шарда белгіленген шарлық көпбұрыш болып табылады. Бұл әдістің бір артықшылығы – төбелік фигураның пішіні (шардың масштабына дейін) бекітіледі, ал жазықтықпен қиыстыру әдісі жазықтықтың бұрышына байланысты әртүрлі пішіндер бере алады. Сонымен қатар, бұл әдіс дөңес емес көпжақтар үшін де қолданылады.
Байланысты түкпірлердің жиынтығы ретінде
Көптеген комбинаторлық және есептеу тәсілдері (мысалы, Скиллинг, 1975) төбе фигурасын берілген төбеге барлық көршілес (қабырға арқылы байланысқан) төбелердің реттелген (немесе ішінара реттелген) жиыны ретінде қарастырады.
Абстрактілік анықтама
Абстрактілі политоптар теориясында, берілген V төбесіндегі төбе фигурасы төбеге жанасатын барлық элементтерді қамтиды; қабырғалар, жақтар және т.б. Көбірек ресми түрде, ол (n-1) қимасы Fn/V болып табылады, мұнда Fn – ең үлкен жақ. Бұл элементтер жиыны басқа жерде төбе жұлдызы деп аталады. Геометриялық төбе фигурасы мен төбе жұлдызы бір абстрактілі қиманың ерекше іске асырылуы ретінде түсіндірілуі мүмкін.
Жалпы қасиеттері
n политоптың төбелік фигурасы (n-1) политоп болып табылады. Мысалы, көпжақтың төбелік фигурасы көпбұрыш, ал 4-өлшемді политоптың төбелік фигурасы – көпжақты. Жалпы, төбелік фигура жазық болуы міндетті емес. Дөңес емес көпжақтар үшін төбелік фигура да дөңес емес болуы мүмкін. Біркелкі политоптар, мысалы, жақтары үшін де, төбелік фигуралары үшін де жұлдызды көпбұрыштарға ие болуы мүмкін.
Изогональды фигуралар
Вертекс фигуралары біркелкі және басқа да теңбұрышты (вертекс транзитивті) политоптар үшін ерекше маңызды, себебі бір вертекс фигурасы бүкіл политопты анықтай алады. Түз беттері бар көпбұрыштар үшін вертекс фигурасын вертекс конфигурациясы жазуында, төбе маңындағы беттерді тізбектеп көрсету арқылы бейнелеуге болады. Мысалы, 3.4.4.4 – бір үшбұрыш және үш квадраттан тұратын төбе, және ол біркелкі ромбикубоктаэдрді анықтайды. Егер политоп теңбұрышты болса, онда вертекс фигурасы n кеңістіктегі гипержазықтықта орналасады.
Дорман Люк құрылысы
Біркелкі көпжақты үшін, оның қос көпжақтысының жағын бастапқы көпжақтының төбелік фигурасын пайдаланып, "Дорман Люк" құралымен табуға болады.
Тұрақты политоптар
Егер политоп тұрақты болса, оны Шлефли символымен көрсетуге болады және осы белгіден ұяшық пен төбелік фигураны тікелей алуға болады. Жалпы, Шлефли символы {a, b, c, , y, z} болатын тұрақты политоптың ұяшықтары {a, b, c, , y} түрінде, ал төбелік фигуралары {b, c, , y, z} түрінде болады. Тұрақты көпбұрыш {p,q} үшін төбелік фигурасы {q}, яғни q қабырғалы көпбұрыш болады. Мысалы, {4,3} кубының төбелік фигурасы {3} үшбұрышы болып табылады. Тұрақты 4-өлшемді политоп немесе кеңістікті толтырушы мозаика үшін {p,q,r}, төбелік фигурасы {q,r} болады. Мысалы, гиперкубтың {4,3,3} төбелік фигурасы – тұрақты тетраэдр {3,3}. Сондай-ақ, кубикалық ұяшықтың {4,3,4} төбелік фигурасы – тұрақты октаэдр {3,4}. Тұрақты политоптың қос политопы да тұрақты болып, Шлефли символының индекстері кері ретпен жазылғандықтан, төбелік фигураның қосы, қос политоптың ұяшығы екенін көру оңай. Тұрақты көпбұрыштар үшін бұл Дорман Люк құрылымының ерекше жағдайы.
Бал арасының шоғырлы фигурасының мысалы
Қысқартылған кубикалық бал арасының төбелік фигурасы біркелкі емес төртбұрышты пирамида болып табылады. Әр төбеде бір октаэдр және төрт қысқартылған куб кездесіп, кеңістікті толтыратын мозаика құрайды. Төбелік фигура: Шлегель диаграммасыПерспективасыОктаэдрдан төртбұрышты негіз ((3.3.3.3)) және қысқартылған кубтардан төрт теңқабыршалы үшбұрышты қабырғалар ((3.8.8)).
Шеті
Шеңбер фигурасына қатысты, шет фигурасы – шеңбер фигурасының шеңбер фигурасы болып табылады. Шет фигуралары тұрақты және біркелкі политоптардағы элементтер арасындағы қатынастарды көрсетуге пайдалы. Шет фигурасы (n–2) политоп болады, ол берілген шеттің айналасындағы жақтардың орналасуын көрсетеді. Тұрақты және бір сақиналы Коксетер диаграммасындағы біркелкі политоптардың бір ғана шет түрі болады. Жалпы, біркелкі политоп құрылыстағы белсенді айналар санына тең шет түрлеріне ие болуы мүмкін, себебі әрбір белсенді айна негізгі доменде бір шетті жасайды. Түзбелі политоптардың (және бал араларының) бір ғана шет фигурасы болады, ол да түзбелі болады. Тәртіптік политоп үшін {p,q,r,s,z}, шет фигурасы {r,s,z} болады. Төртінші өлшемде, 4-политоп немесе 3-бал арасының шет фигурасы – бұл шеттің айналасындағы жақтар жиынтығының орналасуын көрсететін көпбұрыш. Мысалы, тұрақты кубтық бал арасы {4,3,4} үшін шет фигурасы – квадрат, ал тұрақты 4-политоп {p,q,r} үшін – {r} көпбұрышы. Күрделірек мысал ретінде, t0,1{4,3,4} қысқартылған кубтық бал арасы, қысқартылған куб және октаэдр жасушалары бар шаршы пирамидалық шеңберге ие. Мұнда екі түрлі шет фигурасы бар. Бірі – пирамиданың төбесіндегі квадрат шет фигурасы. Бұл бір шеттің айналасындағы төрт қысқартылған кубті көрсетеді. Қалған төрт шет фигурасы – пирамиданың табанындағы теңқабырлы үшбұрыштар. Бұл басқа шеттердің айналасындағы екі қысқартылған куб пен бір октаэдрдің орналасуын көрсетеді.