Введение

Свойство объектов, которые остаются неизменными после частичного поворота.

Ротационная симметрия, также известная как радиальная симметрия в геометрии, — это свойство фигуры, при котором она выглядит одинаково после поворота на определенный угол. Степень ротационной симметрии объекта определяется количеством различных положений, в которых он выглядит идентично после каждого поворота. Некоторые геометрические объекты обладают частичной симметрией при вращении на определенные углы, например, квадрат при повороте на 90°, однако полностью ротационно симметричными при любом угле являются только сферы, круги и другие сфероиды.

Формальное обращение

Формально, вращательная симметрия — это симметрия относительно некоторых или всех вращений в m-мерном евклидовом пространстве. Вращения являются прямыми изометриями, то есть изометриями, сохраняющими ориентацию. Следовательно, группа симметрии вращательной симметрии является подгруппой E⁺(m) (см. Евклидова группа). Симметрия относительно всех вращений вокруг всех точек подразумевает трансляционную симметрию относительно всех сдвигов, поэтому пространство однородно, а группа симметрии — это целое E(m). При модифицированном понятии симметрии для векторных полей группа симметрии также может быть E⁺(m). Для симметрии относительно вращений вокруг точки можно принять эту точку за начало координат. Эти вращения образуют специальную ортогональную группу SO(m) — группу ортогональных матриц m × m с детерминантом 1. Для m = 3 это группа вращений SO(3). В другом определении группа вращения объекта — это группа симметрии внутри E⁺(n), группы прямых изометрий; другими словами, пересечение полной группы симметрии и группы прямых изометрий. Для хиральных объектов она совпадает с полной группой симметрии. Законы физики являются SO(3)-инвариантными, если они не различают различные направления в пространстве. В силу теоремы Нётер, вращательная симметрия физической системы эквивалентна закону сохранения углового момента.

Ротационная симметрия по отношению к любому углу

Ротационная симметрия относительно любого угла в двух измерениях является круговой симметрией. Фундаментальная область – полупрямая. В трех измерениях можно выделить цилиндрическую и сферическую симметрию (без изменений при вращении вокруг одной оси или при любом вращении). То есть, отсутствие зависимости от угла при использовании цилиндрических координат и отсутствие зависимости от обоих углов при использовании сферических координат. Фундаментальная область – полуплоскость, проходящая через ось, и радиальная полупрямая, соответственно. Осесимметричный и осесимметричная – это прилагательные, относящиеся к объекту, обладающему цилиндрической симметрией, или осесимметрией (то есть вращательной симметрией относительно центральной оси), как, например, тор (бублик). Примером приближенной сферической симметрии является Земля (в отношении плотности и других физических и химических свойств). В 4D непрерывная или дискретная ротационная симметрия относительно плоскости соответствует соответствующей 2D ротационной симметрии в каждой перпендикулярной плоскости вокруг точки их пересечения. Объект также может обладать ротационной симметрией относительно двух перпендикулярных плоскостей, например, если он является декартовым произведением двух ротационно симметричных 2D фигур, как в случае, например, дуоцилиндра и различных правильных дуопризм.