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¿Podemos encontrar poliedros reticulados con caras de área 1,2,3, ...?

Le pregunté a esta pregunta hace dos meses en el MSE, donde se ganó el raro Tumbleweed insignia para obtener cero votos, cero respuestas, y 25 opiniones de más de 61 días. Tal vez con razón! Aquí os lo repito con leves mejoras.


Deje $P$ ser un poliedro, cuyos vértices están en los puntos de $\mathbb{Z}^3$, todos los de cuyas aristas son paralelas a un eje, con cada cara simplemente conectado, y la superficie topológicamente una esfera. Deje $A(P)$ ser el área de la secuencia, la lista ordenada de las áreas de $P$'s las caras. Por ejemplo:
            jDTJZ.jpg
El uso de la expresión regular de la notación, esta secuencia puede ser escrito como $1^4 2^2 3^2$.

En analogía con golygons, me preguntaba si hay un $P$ con $A(P)= 1^1 2^1 3^1 4^1 5^1 \cdots$. No lo creo, es decir, Suponemos que no hay golyhedra. Q1. ¿Alguien puede probar o refutar este?

Más fácil es lograr la $A(P)= 1^+ 2^+ 3^+ \cdots$ donde $a^+$ significa que uno o más $a$'s. Por ejemplo, este poliedro consigue $1^+ 2^+ 3^+ 4^+ 5^+ 6^+$:
      OrthoPolyhedronTwisted6
Q2. Pero puede $A(P)= 1^n 2^n 3^n \cdots$ lograrse, para algunos $n$? El ejemplo anterior es, en cierto sentido, de cerca, con $A(P) = \cdots 4^4 5^4 6^4 \cdots$, pero los efectos de destruir la regularidad.

El más amplio pregunta es: Q3. Que las secuencias de $A(P)$ son alcanzables? Puede que se caracteriza? O al menos limitados?


Actualización

(30Apr14). Q1 y Q2 son respondidas por Adam Goucher del brillante ejemplo que logra $1^1 2^1 3^1 \cdots 32^1$. A la luz de este avance, de manera más específica la versión de T3 puede estar en orden: Q3a: Identificar algunos secuencia, que no se dio cuenta por cualquier $A(P)$.

Actualización (9Jun14): Alexey Nigin ha construido un 15-cara golyhedron, se describe en la Adam Goucher del blog. Y más tarde, un 12-cara golyhedron.

47voto

vanni Puntos 1

Encontré un ejemplo de 32 caras con áreas de cara$\{ 1, 2, \dots, 32 \}$:

Gollyhedron de 32 caras

Tomó una cantidad razonable de experimentación para evitar que se cruzara.

8voto

Sam Pearson Puntos 2090

Mediante el uso de la característica de Euler $\chi = L-E+V$ de la gráfica de $\Gamma$ correspondiente a la poliedro (cada cubo es un vértice y nos vínculo cubos adyacentes). Uno puede mostrar que $$ S = 4N - 2L + 2\chi $$ donde $S$ es el área total de la cara descubierta, $N$ el número de cubos y $L$ el número de bucles en $\Gamma$.

Esto le da una restricción sobre la posible $A(P)$. Por ejemplo, $A(P)=1^n 2^n 3^n \dots p^n$ sólo puede ser construido si $4\mid np(p+1)$.

Para el caso interesante de golyhedra ($n=1$), nuestro restricción reduce a $p \equiv 0,3 \:\mathrm{mod}\: 4$.

$p$-cara golyhedra han sido construidos por Alexey y a Adán para $p=12, 15, 32$. Nuestro restricción sugiere que $p=11$ también debería ser posible. Y, de hecho, hemos encontrado un 11-cara golyhedron (ver imagen). Debido a $p=7,8$ son fácilmente descartado, este tiene que ser el más pequeño golyhedron.

Nos lleva a conjeturar que un $p$-cara golyhedron existe si y sólo si $p \equiv 0,3 \:\mathrm{mod}\: 4$.

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