在四維空間幾何學 中,正十六胞體堆砌 是三種四維空間 正堆砌體之一,由正十六胞體 獨立堆砌而成,每個條稜周圍都環繞著3個正十六胞體,其頂點圖 為正二十四胞體 。正十六胞體堆砌的對偶多胞體是正二十四胞體 ,換句話說即正二十四胞體 的頂點恰位於正十六胞體堆砌每個胞的幾何中心 ,反之正十六胞體堆砌的頂點也位於正二十四胞體每個胞的幾何中心 。
由於正十六胞體堆砌是一種完全密鋪完四維空間的一種幾何結構,就像是二維空間的平面三角形網格在四維空間的類比。正十六胞體堆砌的頂點排佈 所形成的四維網格又稱為
B
4
{\displaystyle {\mbox{B}}_{4}}
, D4 或F4 網格 [ 1] [ 2]
性質
正十六胞體堆砌是一種由正十六胞體 完全密鋪於四維空間 的幾何結構,每個三角形面周圍都有3個正十六胞體 ,在施萊夫利符號 中以
{
3
,
3
,
4
,
3
}
{\displaystyle \left\{3\,,3\,,4\,,3\right\}}
表示;每條稜周圍都有6個正十六胞體,稜圖 為立方體 ;每個頂點都是24個正十六胞體的公共頂點,頂點圖為正二十四胞體。其對稱性為考克斯特群 的
F
~
4
{\displaystyle {\tilde {F}}_{4}}
群,在考克斯特表示法 中可記為
[
3
,
3
,
4
,
3
]
{\displaystyle \left[3\,,3\,,4\,,3\right]}
。
頂點座標
正十六胞體堆砌是一個正堆砌體,與二維的三角形鑲嵌 類似,可視為{4,3,3,4}通過交錯變換 的結果,並且與四面體-八面體堆砌 相關。
正十六胞體堆砌可以被放置在整數 座標
(
i
,
j
,
k
,
l
)
{\displaystyle \left(i\,,j\,,k\,,l\right)}
上,其中i、j,k,l的和必須是偶數 。
D4 網格
正十六胞體堆砌的頂點排佈 稱為D4 網格 或F4 網格[ 2] 。以這些頂點為幾何中心的三維超球 可以構成四維空間中可能的正超球體填充中最緊密的一種排佈[ 3] ,其牛頓數 為24。
=
另一種網格,D+ 4 網格(又稱為D2 4 網格)可以透過兩個半超立方體網格聯集 構成,且與超立方體堆砌相關:
∪ = =
這種空間填充網格僅能存於偶數維度的空間。其牛頓數 為二的三次方 等於8[ 註 1] [ 5] 。
The D* 4 網格(也稱為D4 4 或C2 4 )可以透過所有四個D4 網格的聯集來構成,但其與D4 網格相同,同時他也是2個超立方體堆砌 放置在對方的對偶 位置的聯集,也就是四維空間中立方晶系 結構[ 6] 。
∪ ∪ ∪ = = ∪
D* 4 網格的牛頓數 為24[ 7] ,其沃罗诺伊图 為正二十四胞體堆砌( ),並包含所有的截半正十六胞體(即正二十四胞體)之沃羅諾伊胞 ,在考克斯特記號中計為 或[ 8] 。
不同對稱性的結構
名稱
考克斯特群
施萊夫利符號
考克斯特記號
頂點圖 對稱性
維面
正十六胞體堆砌
F
~
4
{\displaystyle {\tilde {F}}_{4}}
= [3,3,4,3]
{3,3,4,3}
[3,4,3], 1152階
24: 正十六胞體
四維堆砌
B
~
4
{\displaystyle {\tilde {B}}_{4}}
= [31,1 ,3,4]
= h{4,3,3,4}
=
[3,3,4], 384階
16+8: 正十六胞體
D
~
4
{\displaystyle {\tilde {D}}_{4}}
= [31,1,1,1 ]
{3,31,1,1 } = h{4,3,31,1 }
=
[31,1,1 ], 192階
8+8+8: 正十六胞體
相關多胞體與堆砌
正十六胞體堆砌是四維空間 三種正堆砌體之一,其他的四維空間正堆砌體 有:
D5堆砌體
擴展對稱性
擴展符號
擴展群
堆砌體
[31,1 ,3,31,1 ]
D
~
5
{\displaystyle {\tilde {D}}_{5}}
<[31,1 ,3,31,1 ]> ↔ [31,1 ,3,3,4]
↔
D
~
5
{\displaystyle {\tilde {D}}_{5}}
×21 =
B
~
5
{\displaystyle {\tilde {B}}_{5}}
, , ,
, , ,
[[31,1 ,3,31,1 ]]
D
~
5
{\displaystyle {\tilde {D}}_{5}}
×22
,
<2[31,1 ,3,31,1 ]> ↔ [4,3,3,3,4]
↔
D
~
5
{\displaystyle {\tilde {D}}_{5}}
×41 =
C
~
5
{\displaystyle {\tilde {C}}_{5}}
, , , , ,
[<2[31,1 ,3,31,1 ]>] ↔ [[4,3,3,3,4]]
↔
D
~
5
{\displaystyle {\tilde {D}}_{5}}
×8 =
C
~
5
{\displaystyle {\tilde {C}}_{5}}
×2
, ,
參見
註釋
^ 當n<8時為2n-1 ;n=8時為240;n>8時為2n(n-1)
參考文獻
Coxeter, H.S.M. Regular Polytopes , (3rd edition, 1973), Dover edition, ISBN 0-486-61480-8
pp. 154–156: Partial truncation or alternation, represented by h prefix: h{4,4} = {4,4}; h{4,3,4} = {31,1 ,4}, h{4,3,3,4} = {3,3,4,3}, ...
Kaleidoscopes: Selected Writings of H.S.M. Coxeter , edited by F. Arthur Sherk, Peter McMullen, Anthony C. Thompson, Asia Ivic Weiss, Wiley-Interscience Publication, 1995, ISBN 978-0-471-01003-6 [1] (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 )
(Paper 24) H.S.M. Coxeter, Regular and Semi-Regular Polytopes III , [Math. Zeit. 200 (1988) 3-45]
George Olshevsky, Uniform Panoploid Tetracombs , Manuscript (2006) (Complete list of 11 convex uniform tilings, 28 convex uniform honeycombs, and 143 convex uniform tetracombs)
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^ The Lattice F4 . math.rwth-aachen.de. [2016-08-22 ] . (原始内容存档 于2020-01-16).
^ 2.0 2.1 The Lattice D4 . math.rwth-aachen.de. [2016-08-22 ] . (原始内容存档 于2020-02-21).
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^ Conway JH, Sloane NJH. Sphere Packings, Lattices and Groups 3rd. 1998. ISBN 0-387-98585-9 .
^ Conway(1998)[ 4] , p. 119
^ Conway and Sloane, Sphere packings, lattices, and groups , 7.4 The dual lattice D3 * , p.120
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