Кіріспе

3D симметрия тобы Математикада, әсіресе геометрияда, егер нысан тұрақты икосаэдр сияқты симметрияға ие болса, онда ол икосаэдрлік симметрияға ие деп айтылады. Икосаэдрлік симметриясы бар басқа көпжақтардың мысалдары – тұрақты додекаэдр (икосаэдрдің қос полиэдрі) және ромбтық триаконтаэдр. Икосаэдрлік симметриясы бар кез келген көпжақтың 60 айналу (немесе бағдарды сақтайтын) симметриясы және 60 бағдарды өзгертетін симметриясы (айналу мен көрістің комбинациясы) болады, бұл жалпы симметрия ретін 120-қа тең етеді. Толық симметрия тобы – [5,3] типіндегі Коксетер тобы. Оны Коксетер жазуы [5,3] және Коксетер диаграммасы арқылы бейнелеуге болады. Айналу симметриялары жиыны 5 әріптегі алмастыратын топқа изоморфты кіші топты құрайды.

Сипаттама

Икосаэдрлік симметрия — нысанның қалыпты икосаэдрмен бірдей симметриялық қасиеттері бар екенін көрсететін математикалық қасиет.

Көрнекілендірулер

Толық симметрия тобы – Коксетер тобы, түрі [5,3] болып табылады. Оны Коксетер жазуы [5,3] және Коксетер диаграммасы арқылы бейнелеуге болады. Айналу симметриялары жиыны 5 әріптегі алмастыру тобына изоморфты кіші топты құрайды. Шоу. (Orb.) Коксетер жазуы Элементтер Көзілдірші диаграммалар Ортгонал Стереографиялық проекция Ih(*532) [5,3] Көзілдірші сызықтар: 15 I(532) [5,3] + Гирациялық нүктелер: 125 20 33 02.

Топтың құрылымы

Икосаэдрлік симметриясы бар кез келген көпбұрыштың 60 айналу (немесе бағдарды сақтау) симметриясы және 60 бағдарды кері қайтару симметриясы (айналу мен шағылыстың біріктірілуі) бар, олардың жалпы симметрия реті 120-ға тең. Бес октаэдрдің сфералық құрамының қабырғалары 15 айна жазықтығын түрлі-түсті үлкен шеңберлер ретінде көрсетеді. Әр октаэдр өз қабырғалары арқылы 3 өзара перпендикуляр айна жазықтығын бейнелей алады. Пиритоэдрлік симметрия – 3 өзара перпендикуляр жасыл шағылыс сызығы және 8 қызыл 3-ретті айналу нүктесі бар икосаэдрлік симметрияның 5-індекс кіші тобы. Пиритоэдрлік симметрияның 5 әртүрлі бағдары бар. Икосаэдрлік айналу тобы I реті 60-қа тең. I тобы A5-ке изоморфты, бес нысанның жұп алмасуларының кезектесетін тобы. Бұл изоморфизм I-дің әртүрлі құрамаларға әсер етуі арқылы жүзеге асырылады, атап айтқанда бес кубтың құрамы (додекаэдрге сыяды), бес октаэдрдің құрамы немесе бес тетраэдрдің екі құрамының бірі (энантиоморфтар, додекаэдрге сыяды). Топта Th-ның 5 нұсқасы, D3-тің 20 нұсқасы (10 ось, әр осіне 2) және D5-тің 6 нұсқасы бар. Толық икосаэдрлік топ Ih реті 120-ға тең. Оның I-і 2-індекс нормальді кіші тобы болып табылады. Ih тобы I × Z2 немесе A5 × Z2-ге изоморфты, ортадағы инверсия (сәйкестік, 1) элементіне сәйкес келеді, мұнда Z2 көбейту арқылы жазылған. Ih бес кубтың және бес октаэдрдің құрамына әсер етеді, бірақ -1 сәйкестік ретінде әрекет етеді (кубтар мен октаэдр орталықта симметриялы). Ол он тетраэдрдің құрамына әсер етеді: I екі хиральды жартысына (бес тетраэдрдің құрамалары) әсер етеді, ал -1 екі жартысын ауыстырады. Ерекше айта кететін жайт, ол S5 ретінде әрекет етпейді және бұл топтар изоморфты емес; толық мәліметтер үшін төмен қараңыз. Топта D3d-нің 10 нұсқасы және D5d-нің 6 нұсқасы бар (антипризмалар сияқты симметриялар). I сондай-ақ PSL2(5)-ке изоморфты, бірақ Ih SL2(5)-ке изоморфты емес.

Толық икосаэдрлі симметрия тобының кіші топтары

Келесі кестедегі әрбір жол конъюгатты (яғни геометриялық жағынан эквивалентті) кіші топтардың бір класын көрсетеді. "Көп." (көптік) бағаны конъюгация класындағы әртүрлі кіші топтардың санын көрсетеді. Түстердің түсіндірмесі: жасыл = шағылыстар арқылы туындаған топтар, қызыл = тек айналуларды қамтитын хиральдық (бағдарды сақтау) топтар. Топтар геометриялық тұрғыдан он екі қырлы полиэдр ретінде сипатталады. "h. t. s.(edge)" деген аббревиатура "осы жиекті қарама-қарсы жиекпен жартылай ауыстыру" дегенді білдіреді, сондай-ақ "бет" және "төбе" үшін де осыған ұқсас. Schön. CoxeterOrb. H MStructureCyc. OrderIndexMult. СипаттамаIh[5,3]*5322/mA5×Z2 12011толық топD2h[2,2]*222mmmD4×D2=D23 8155екі қарама-қарсы жиекті бекіту, мүмкін оларды ауыстыруC5v [5] *55 5mD10 10 126бір бетті бекітуC3v [3] *33 3mD6=S3 6 2010бір төбені бекітуC2v [2] *22 2mmD4=D22 4 3015бір жиекті бекітуCs [ ] * немесе mD2 2 6015бір жиектің екі ұшын ауыстыратын шағылысTh[3+,4]3*2mA4×Z2 2455пиритоэдрлік топD5d [2+,10] 2*5 m2D20=Z2×D10 20 66екі қарама-қарсы бетті бекіту, мүмкін оларды ауыстыруD3d [2+,6] 2*3 mD12=Z2×D612 1010екі қарама-қарсы төбені бекіту, мүмкін оларды ауыстыру D1d = C2h [2+,2] 2* 2/mD4=Z2×D24 3015жиектің ортасынан жартылай айналу, сондай-ақ орталық инверсияS10 [2+,10+] 5× Z10=Z2×Z510 126бір беттің айналуы, сондай-ақ орталық инверсияS6 [2+,6+] 3× Z6=Z2×Z36 2010бір төбе маңында айналу, сондай-ақ орталық инверсияS2 [2+,2+] × Z22 601орталық инверсияI[5,3]+532532A5 6021барлық айналуларT[3,3]+332332A4 12105ішкі тетраэдрдің айналуларыD5[2,5]+522522D1010126бір беттің ортасынан айналу, және h. t. s.(бет)D3[2,3]+322322D6=S362010бір төбе маңында айналу, және h. t. s.(төбе)D2[2,2]+222222D4=Z2243015жиектің ортасынан жартылай айналу, және h. t. s.(жиек)C5[5]+555Z55246бір беттің ортасынан айналуC3[3]+333Z3=A334010бір төбе маңында айналуC2[2]+222Z226015жиектің ортасынан жартылай айналуC1[ ]+111Z111201тривиальды топ

Икосаэдрлік симметриялы көпбұрыштар

Икосаэдрлік симметриясы бар басқа көпжақтардың мысалдары ретінде тұрақты додекаэдр (икосаэдрдің қарама-қарсысы) және ромбтық триаконтаэдрді атауға болады.

Хиральды көпбұрыштар

Сыныптық белгілер СуретАрхимед sr{5,3} Каталон V3.3.3.3.5

Толық икосаэдрлік симметрия

Платондық қатты дене Кеплер–Пойнсот көпжақты денелері Архимедтік қатты денелер {5,3} {5/2,5} {5/2,3} t{5,3} t{3,5} r{3,5} rr{3,5} tr{3,5} Платондық қатты дене Кеплер–Пойнсот көпжақты денелері Каталондық қатты денелер {3,5} = {5,5/2} = {3,5/2} = V3.10.10 V5.6.6 V3.5.3.5 V3.4.5.4 V4.6.10

Қарым-қатынас геометриясы

Икосаэдрлік симметрия эквивалентті түрде проективті арнайы сызықтық топ PSL(2,5) болып табылады, сондай-ақ модульдік қисық X(5)-тің симметрия тобы, ал жалпы алғанда PSL(2,p) модульдік қисық X(p)-тің симметрия тобы болып табылады. Модульдік қисық X(5) геометриялық тұрғыдан әрбір көпбұрышты жағының ортасында тұғыры бар додекаэдр болып табылады, бұл симметрия тобын көрсетеді. Бұл геометрияны және оған байланысты симметрия тобын Феликс Клейн Белий бетінің монодромиялық топтары ретінде зерттеді – Риман сферасына голоморфты бейнелеуі бар Риман беті, тек 0, 1 және шексіздікте тармақталатын (Белий функциясы). Қиылыстар шексіздікте жататын нүктелер, ал төбелер мен әр қабырғаның ортасы 0 және 1 нүктелеріне бейнеленеді; жабылу дәрежесі (парақтар саны) 5-ке тең. Бұл оның квинтикалық теңдеудің шешімінде икосаэдрлік симметрияның пайда болу себептерін геометриялық тұрғыдан түсіндіруге жасаған тытыруларынан туындады, теориясы атақты еңбекте келтірілген; қазіргі заманғы түсіндірмесінде келтірілген. Клейннің зерттеулерінде 7 және 11 реттік симметрияларды және (7 және 11 дәрежелі жабылулармен байланысты) және табумен жалғасты, сондай-ақ балалардың суреттері табылды, біріншісі Клейн квартикасын берді, оның геометриясы әрбір ортасында тұғыры бар 24 гептагонмен мозаикаланған (құрастырылған). PSL(2,n) үшін және басқа модульдік қисықтар үшін басқа топтар үшін де ұқсас геометриялар кездеседі. Көбірек ерекшеліктері бар, PSL(2,5) (60 реттік), PSL(2,7) (168 реттік) және PSL(2,11) (660 реттік) топтары арасында ерекше байланыстар бар, олар геометриялық түсіндірмелерді де қабылдайды – PSL(2,5) икосаэдрдің (тегі 0), PSL(2,7) Клейн квартикасының (тегі 3) симметриясы, ал PSL(2,11) – фуллердің (тегі 70) бетінің симметриясы. Бұл топтар Владимир Арнольдтың мағынасында «үштік» құрайды, бұл әртүрлі қатынастардың аясын ұсынады; толық мәліметтер үшін үштіктерге қараңыз. Басқа Платон денелерімен тығыз байланысы бар.