Кіріспе

Геометрияда әрбір көпбұрыш екінші дуалды құрылыммен байланыстырылады, онда бірінің төбелері екіншісінің жақтарына сәйкес келеді, ал бірінің төбелері арасындағы қабырғалар екіншісінің жақтары арасындағы қабырғаларға сәйкес келеді. Мұндай дуалды фигуралар комбинаторлық немесе абстрактілі көпбұрыштар болып қалады, бірақ олардың бәрін геометриялық көпбұрыштар ретінде салуға болмайды. Кез келген көпбұрыштан бастағанда, оның дуалы – бастапқы көпбұрыш. Дуальділік көпбұрыштың симметриясын сақтайды. Сондықтан, олардың симметриясымен анықталатын көпбұрыштар кластары үшін дуалдар тиісті симметрия класына жатады. Мысалы, тұрақты көпбұрыштар (дөңес) Платондық денелер және (жұлдызды) Кеплер-Пойнсоттың көпбұрыштары дуалды жұптарды құрайды, мұнда тұрақты тетраэдр өзіне-өзі дуалды. Изогональды көпбұрыштың (әрбір екі төбесі көпбұрыштың симметриясы бойынша эквивалентті) дуалы – изоэдрлі көпбұрыш (әрбір екі жағы эквивалентті [ ]), және керісінше. Изотоксалды көпбұрыштың дуалы (әрбір екі қабырғасы эквивалентті [ ]) да изотоксалды. Дуальділік полярлық өзара байланыспен тығыз байланысты, геометриялық түрлендіру, оны дөңес көпбұрышқа қолданғанда, дуалды көпбұрышты басқа дөңес көпбұрыш ретінде іске асырады.

Дуальдық түрлері

Дуальдықтың көптеген түрлері бар. Элементар көпжақтарға ең қатысты түрлері – полярлық өзара байланыс және топологиялық немесе абстрактілік дуалдық.

Каноникалық дуалдар

Кез келген дөңес көпбұрышты каноникалық түрге деформациялауға болады, онда әр қабырғасына жанасатын бірлік орташа шар (немесе аралық шар) болады, ал жанасу нүктелерінің орташа орны шардың центріне сәйкес келеді. Бұл форма конгруенцияға дейін бірегей. Егер мұндай каноникалық көпбұрышты оның орташа шары бойынша инверсияласақ, қос көпбұрыш сол қабырғаларға жанасқан нүктелерді бөліседі, демек ол да каноникалық болады. Бұл каноникалық дуалды, ал екеуі бірге каноникалық дуалды құрама түзеді.

Дорман Люк құрылысы

Біркелкі көпбұрыш үшін, оның қосбұрышының әрбір жағы бастапқы көпбұрыштың сәйкес келетін төбелік фигурасынан Дорман Люк құрылымын қолдану арқылы шығарылуы мүмкін.

Топологиялық дуалдық

Тіпті егер полиэдрлер жұбы бір-бірінен өзара алмасу арқылы алынбаса да, егер біреуінің төбелері екіншісінің жақтарына, ал біреуінің қабырғалары екіншісінің қабырғаларына инциденттік байланысты сақтай отырып сәйкес келсе, оларды бір-бірінің дуалдары деп атауға болады. Мұндай полиэдрлер жұбы топологиялық немесе абстрактілік тұрғыдан да дуалды болып табылады. Дөңгелек полиэдрдің төбелері мен қабырғалары полиэдрдің (топологиялық сфера) бетінде орналасқан график құрайды (полиэдрдің 1-қаңқасы). Бұл графикті жазық жазықтықта Шлегель диаграммасын салу үшін проекциялауға болады. Дуалды полиэдрдің төбелері мен қабырғалары құрайтын график – бастапқы графиктің дуалды графигі. Жалпы алғанда, жақтары жабық бет құрайтын кез келген полиэдр үшін полиэдрдің төбелері мен қабырғалары осы бетке енген график құрайды, ал (абстрактілі) дуалды полиэдрдің төбелері мен қабырғалары бастапқы графиктің дуалды графигін құрайды. Абстрактілі полиэдр – элементтердің белгілі бір түріндегі ішінара реттелген жиын (посет), мұнда жиын элементтері арасындағы инциденттік байланыстар полиэдр элементтері (жақтар, қабырғалар, төбелер) арасындағы инциденттік байланыстарға сәйкес келеді. Кез келген мұндай жиынның дуалды жиыны бар, ол барлық реттік қатынастарды кері қайтару арқылы құрылады. Егер жиын Хассе диаграммасы түрінде бейнеленсе, дуалды жиынды Хассе диаграммасын кері бұру арқылы қарапайым түрде бейнелеуге болады. Кез келген геометриялық полиэдр осылай абстрактілі полиэдрге сәйкес келеді және абстрактілі дуалды полиэдрге ие. Алайда, кейбір дөңгелек емес геометриялық полиэдрлер үшін дуалды полиэдрлерді геометриялық тұрғыдан жүзеге асыру мүмкін болмайды.

Қос политоптар және теселяциялар

Дуальділік n өлшемді кеңістікке және қос политоптарға жалпыланады; екі өлшемде олар қос көпбұрыштар деп аталады. Бір политоптың төбелері екінші политоптың (n − 1) өлшемді элементтеріне, яғни жақтарына сәйкес келеді, ал (j − 1) өлшемді элементті анықтайтын j нүктелері (n − j) өлшемді элементтің түзілуіне қатысатын j гипержазыққа сәйкес келеді. N өлшемді мозаика немесе ұяшықтардың дуалы да осылай анықталады. Жалпы алғанда, политоптың дуалының жақтары политоптың төбелік фигураларының топологиялық дуалдары болады. Тұрақты және біртекті политоптардың полярлық өзара теңдестері үшін, дуальді жақтар түпнұсқаның төбелік фигурасының полярлық өзара теңдестері болады. Мысалы, төртінші өлшемде 600 жасушаның төбелік фигурасы икосаэдр болып табылады; 600 жасушаның дуалы – 120 жасуша, оның жақтары додекаэдрлер, олар икосаэдрдің дуалы болып табылады.