하이퍼큐브

Hypercube
투시 투영
Hexahedron.svg Hypercube.svg
큐브(3-큐브) 테서랙트(4입방체)

기하학에서, 하이퍼큐브정사각형(n = 2)과 입방체(n = 3)의 n차원 유사체이다.이것닫히고 콤팩트하며 볼록한 도형으로, 1-스켈튼은 공간의 각 치수로 정렬된 서로 수직이고 같은 길이의 반대 평행선 세그먼트의 그룹으로 구성됩니다.유닛 하이퍼큐브의 최대 대각선(n차원)은 n.

n차원 하이퍼큐브는 일반적으로 n-입방체 또는 n-입방체라고 불립니다.측정 폴리토프(measure polytope, 원래 Elte, 1912년)[1]라는 용어 또한 사용되며, 특히 하이퍼큐브에 [2]δn 폴리토프를 라벨링하는 H. S. M. 콕서터의 연구에도 사용된다.

하이퍼큐브는 초직각(n-정교각이라고도 함)의 특수한 경우입니다.

단위 하이퍼큐브는 변의 길이가 1단위인 하이퍼큐브입니다.종종 각 좌표가 0 또는 1인 Rn 두 점이n 모서리(또는 꼭지점)인 하이퍼큐브를 단위 하이퍼큐브라고 합니다.

건설

점으로부터 정삼각형을 작성하는 방법을 나타내는 그림.
점부터 정삼각형을 만드는 방법을 보여주는 애니메이션입니다.

하이퍼큐브는 도형의 치수 수를 늘려 정의할 수 있습니다.

0 – 점은 차원 0의 하이퍼큐브입니다.
1 – 이 점을 1 단위 길이로 이동하면 1차원의 단위 하이퍼 큐브인 라인 세그먼트가 스위프됩니다.
2 – 이 선분의 길이를 수직 방향으로 이동하면 2차원 정사각형을 쓸어냅니다.
3 – 정사각형을 평면에 수직인 방향으로 1단위 길이로 이동하면 3차원 입방체가 생성됩니다.
4 – 큐브를 4차원으로 한 단위 길이로 이동하면 4차원 단위 하이퍼 큐브(단위 테서랙트)가 생성됩니다.

이것은 임의의 수의 차원으로 일반화할 수 있습니다.볼륨을 쓸어내는 이 과정은 수학적으로 민코프스키 합으로 공식화할 수 있습니다. d차원 하이퍼큐브는 d개의 서로 수직인 단위 길이 선분의 민코프스키 합이며, 따라서 조노토프의 한 예입니다.

하이퍼큐브의 1-스켈튼은 하이퍼큐브 그래프입니다.

정점 좌표

회전 진동체의 투영.

n n 단위 하이퍼큐브는 n n 데카르트 좌표가 각각0({ 0 1({1)인 점의 볼록 선체입니다. 이 하이퍼큐브는 n 데카르트곱이기도 합니다. n개의 단위 간격[ 복사본. 주변 공간의 원점을 중심으로 한 다른 단위 하이퍼큐브는 변환에 의해 이 단위에서 얻을 수 있습니다.그것은 데카르트 좌표의 벡터가 다음과 같은 점들의 볼록 선체이다.

여기서 기호 각 좌표가 1 의미합니다.이 유닛의 하이퍼큐브는 데카르트[- /[-12displaystyle edge이기도 .1과 n n 볼륨 1 1입니다.

±θ ±{ 1 1)} 또는 데카르트 곱 [-1,1 [- 1n}} {1, ] {] {1}} {{n {{displaystyle}}} {n}}}의 볼록한 점의 볼록한 선으로 얻을 수 있다.rdinates.가장자리 길이는 2 스타일 2)이고 n차원 볼륨은 2입니다.

얼굴

모든 하이퍼큐브는 그 경계에 포함된 낮은 차원의 하이퍼큐브를 그 면으로 받아들인다.의 하이퍼 큐브에는 또는 의 면(됩니다.a (1) 라인 세그먼트에는 엔드 포인트가 , ({\2 - 차원) 정사각형에는 변 또는 e가 dges; 6개의 정사각형 , 큐브는 3차원 큐브를 면으로 n({n}) 하이퍼큐브의 정점 는 2n를 들어, 3)-차원 큐브에는 의 3({^{3}=8개의 정점이 ).

\ n -큐브의 경계에 포함되는의 \m의 치수 하이퍼큐브(여기서는의 \ m -큐브)의 수는 다음과 같습니다.

m , n - ( m) { E _ { , n } = ^ { n - m } { \ m[3]} 。 m) n !! ( - ( n - m )!n !{n!}은 nn계수를 나타냅니다.

예를 들어 의 { 4 - ( 4 {4 )의 경계에는의 {3} - 큐브( 의 { 24의 정사각형( - 큐브(2개),32개의 1개) 및 1개)가 됩니다. 16개의 꼭지점 { 0 - displaystyle이 동일성은 간단한 조합 인수로 증명할 수 있습니다.하이퍼큐브의 2개의 정점에 대해 해당 정점에 입사하는모서리 을 선택하는 방법이 각 컬렉션은 고려된 정점에 입사하는 m차원 면 중 하나를 정의합니다.하이퍼큐브의 모든 정점에 대해 이렇게 하면, 하이퍼큐브의 m m 면 각각은 정점이 그만큼 많기 (\m}) 되며, 2 이 수로 합니다.

하이퍼큐브의 패싯 수를 하여(- 1 )(n-1 ()) ( ( ( style )) ( style (n-1 (display ( (n-1)) (discube)의 () (discube)의 - discube) (n (n () ()의 2n)을 계산할 수 있습니다. s 하이퍼큐브의 가장자리 길이입니다.

이러한 숫자는 선형 반복 관계에 의해서도 생성될 수 있습니다.

Em, nx2Em, n− 1+E0,0=1{\displaystyle E_{0,0}=1}, Em, nx0{\displaystyle E_{m,n}=0}과 Em− 1, n− 1{\displaystyle E_{m,n}=2E_{m,n-1}+E_{m-1,n-1}\!}, n<>m{\displaystyle n<입니다 나이}, n<0{\displaystyle n<0}, 또는 m<0{\displaystyle m&l.t;0}.

예를 들어, 정사각형을 4개의 정점으로 확장하면 정점당 하나의 선분(가장자리)이 추가됩니다.정육면체를 형성하기 위해 반대쪽 정사각형을 추가하면 1, 3}=개의 라인 세그먼트가 됩니다.

E m {\ {\ m - n{\ n 하이퍼큐브의 치수면(OEIS 시퀀스 A038207)
m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
n n입방체 이름 슐레플리
콕서터
꼭지점
제로 페이스
엣지
단면
얼굴
양면 인쇄
감방
삼면체

4면체

5면체

육면체

칠면체

8면체

9면체

10면체
0 0 큐브 포인트
모논
( )
CDel node.png
1
1 1큐브 선분
디온[4]
{}
CDel node 1.png
2 1
2 2큐브 광장
사각형
{4}
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.png
4 4 1
3 3큐브 큐브
육면체
{4,3}
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
8 12 6 1
4 4큐브 테서랙트
옥타코론
{4,3,3}
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
16 32 24 8 1
5 5큐브 펜터액트
12월 5일 토프
{4,3,3,3}
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
32 80 80 40 10 1
6 6큐브 육진법
도데카-6-토페
{4,3,3,3,3}
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
64 192 240 160 60 12 1
7 7큐브 헵터랙트
테트라데카-7-토프
{4,3,3,3,3,3}
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
128 448 672 560 280 84 14 1
8 8큐브 옥터랙트
헥사데카-8-토페
{4,3,3,3,3,3,3}
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
256 1024 1792 1792 1120 448 112 16 1
9 9큐브 엔너락트
옥타데카-9-토페
{4,3,3,3,3,3,3,3}
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
512 2304 4608 5376 4032 2016 672 144 18 1
10 10 큐브 디커락트
이코사-10-토페
{4,3,3,3,3,3,3,3,3}
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
1024 5120 11520 15360 13440 8064 3360 960 180 20 1

그래프

여기서 선분부터 16-입방체까지의 스큐 직교 투영에 의해 n-입방체를 정규 2n-고날 폴리곤 내에 투영할 수 있다.

페트리 폴리곤 맞춤법 투영법
1-simplex t0.svg
선분
2-cube.svg
광장
3-cube graph.svg
큐브
4-cube graph.svg
테서랙트
5-cube graph.svg
5큐브
6-cube graph.svg
6큐브
7-cube graph.svg
7큐브
8-cube.svg
8큐브
9-cube.svg
9큐브
10-cube.svg
10 큐브
11-cube.svg
11입방체
12-cube.svg
12 큐브
13-cube.svg
13 큐브
14-cube.svg
14입방체
15-cube.svg
15큐브
16-cube t0 A15.svg
16큐브

폴리토프의 관련 패밀리

하이퍼큐브는 임의의 수의 차원으로 표현되는 몇 안 되는 일반 폴리토프 계열 중 하나입니다.

하이퍼큐브(오프셋) 패밀리는 Coxeter에 의해 θn 라벨이 지정된 세 의 정규 폴리토프 패밀리 중 하나입니다.다른 두 가지는 하이퍼큐브 이중족, 교차 폴리토피(β)로n, 표시된 것과 α로 표시된 단순체는 α로 표시됩니다n. 번째 가족, 하이퍼큐브의 무한 테셀레이션, 그는 δ라고n 이름 붙였다.

반규칙적이고 균일한 폴리토프의 또 다른 관련 패밀리는 데미하이퍼큐브이며, 이는 대체 정점이 삭제되고 간격에 심플렉스 패싯이 추가된 하이퍼큐브(n)로 구성되어 있다.

n-포화합물은 이중(교차 폴리토프)과 결합하여 복합 폴리토프를 형성할 수 있습니다.

(n-1)-심플과의 관계

n-하이퍼큐브의 모서리 그래프는 (n-1)-심플렉스 격자의 Hasse 다이어그램과 동일하다.이는 서로 반대되는 두 정점이 각각 (n-1)-심플렉스 자체와 늘 폴리토프에 대응하도록 n-하이퍼큐브의 방향을 지정함으로써 알 수 있다.꼭대기 정점에 연결된 각 정점은 (n-1)-심플렉스의 면(n-2면) 중 하나에 고유하게 매핑되고, 이들 정점에 연결된 각 정점은 심플렉스의 n-3면 중 하나에 매핑되며, 아래쪽 정점에 연결된 정점은 심플렉스의 정점에 매핑됩니다.

일반 폴리토프에 적용되는 면 격자 열거 알고리즘이 계산적으로 더 비싸기 때문에 이 관계는 (n-1)-단순의 면 격자를 효율적으로 생성하기 위해 사용될 수 있다.

규칙적인 복소 폴리토페일반화 하이퍼큐브라고 불리는 복잡한 힐버트 공간에서 정의할 수 있습니다. θp
n
= {24}{23}...
{3},2 또는...CDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png실제 솔루션은 p = 2와n 함께2
n
존재합니다. 즉, = = = {24}{23}...
{3} 2= {4,3,..,3}.p > 2의 경우 \에 존재합니다.패싯은 일반화(n-1)-입방체이며, 정점 도형은 정칙 심플렉스이다.

이러한 직교 투영에서 나타나는 일반 폴리곤 둘레를 페트리 폴리곤이라고 합니다.일반화 정사각형(n = 2)은 가장자리가 빨간색과 파란색 번갈아 나타나는 색상 p-color로 표시되고, 높은 n-color는 검은색 윤곽 p-color로 그려진다.

p-generalized n-cube의 m-face 요소의 수는 p - ( n p m 입니다.이것n p개의 정점과 pn 패싯입니다.[5]

일반 하이퍼큐브
p=2 p=3 p=4 p=5 p=6 p=7 p=8
2-generalized-2-cube.svg
γ2
2
= {4} =

꼭지점 4개
3-generalized-2-cube skew.svg
γ3
2
=

꼭지점 9개
4-generalized-2-cube.svg
γ4
2
=

꼭지점 16개
5-generalized-2-cube skew.svg
γ5
2
=

꼭지점 25개
6-generalized-2-cube.svg
γ6
2
=

꼭지점 36개
7-generalized-2-cube skew.svg
γ7
2
=

49개의 꼭지점
8-generalized-2-cube.svg
γ8
2
=

꼭지점 64개
2-generalized-3-cube.svg
γ2
3 = {4,
3} =

꼭지점 8개
3-generalized-3-cube.svg
γ3
3
=

꼭지점 27개
4-generalized-3-cube.svg
γ4
3
=

꼭지점 64개
5-generalized-3-cube.svg
γ5
3
=

125개의 꼭지점
6-generalized-3-cube.svg
γ6
3
=

216개의 꼭지점
7-generalized-3-cube.svg
γ7
3
=

꼭지점 343개
8-generalized-3-cube.svg
γ8
3
=

꼭지점 512개의 꼭지점
2-generalized-4-cube.svg
γ2
4 = {4,3,
3}

= CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
꼭지점 16개
3-generalized-4-cube.svg
γ3
4
=

81개의 꼭지점
4-generalized-4-cube.svg
γ4
4
=

256개의 꼭지점
5-generalized-4-cube.svg
γ5
4
=

625개의 꼭지점
6-generalized-4-cube.svg
γ6
4
=

1296개의 꼭지점
7-generalized-4-cube.svg
γ7
4
=

2401 정점
8-generalized-4-cube.svg
γ8
4
=

4096개의 꼭지점
2-generalized-5-cube.svg
γ2
5 = {4,3,3,
3}

= CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
32개의 꼭지점
3-generalized-5-cube.svg
γ3
5
=

243개의 꼭지점
4-generalized-5-cube.svg
γ4
5
=

1024개의 꼭지점
5-generalized-5-cube.svg
γ5
5
=

3125개의 꼭지점
6-generalized-5-cube.svg
γ6
5
=

7776개의 꼭지점
γ7
5
=

16,807 정점
γ8
5
=

32,768개의 꼭지점
2-generalized-6-cube.svg
γ2
6 = {4,3,3,3
,3}

= CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
꼭지점 64개
3-generalized-6-cube.svg
γ3
6
=

729개의 꼭지점
4-generalized-6-cube.svg
γ4
6
=

4096개의 꼭지점
5-generalized-6-cube.svg
γ5
6
=

꼭지점 15,625개
γ6
6
=

46,656 정점
γ7
6
=

꼭지점 117,649개
γ8
6
=

262,162개의 꼭지점
2-generalized-7-cube.svg
γ2
7 = {4,3,3,3,3
}

= CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
128개의 꼭지점
3-generalized-7-cube.svg
γ3
7
=

2187 정점
γ4
7
=

꼭지점 16,384개
γ5
7
=

78,125 정점
γ6
7
=

꼭지점 279,936개
γ7
7
=

823,543개의 꼭지점
γ8
7
=

꼭지점 2,097,162개
2-generalized-8-cube.svg
γ2
8 = {4,3,3,3,3,3
}

= CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png
256개의 꼭지점
3-generalized-8-cube.svg
γ3
8
=

꼭지점 6561개의 꼭지점
γ4
8
=

65,536개의 꼭지점
γ5
8
=

390,625개의 꼭지점
γ6
8
=

꼭지점 1,679,616개
γ7
8
=

5,764,801개의 꼭지점
γ8
8
=

16,12,216 꼭지점

지수와의 관계

다른 양의 정수승으로 상승한 임의의 양의 정수는 제3의 정수를 산출하며, 이 제3의 정수는 지수에 대응하는 다수의 차원이 있는 n개의 큐브에 대응하는 특정 유형의 도형수이다.예를 들어 지수 2는 제곱수 또는 "완벽한 제곱수"를 생성하며, 이를 밑변의 길이가 대응하는 정사각형 모양으로 배열할 수 있다.마찬가지로 지수 3은 밑변의 길이가 있는 입방체 모양으로 배열할 수 있는 정수인 완벽한 입방체를 생성합니다.그 결과, 숫자를 2 또는 3으로 올리는 행위를 일반적으로 "제곱"과 "큐빙"이라고 합니다.그러나 고차 하이퍼큐브의 이름은 고차 파워에서는 일반적으로 사용되지 않는 것으로 보입니다.

「」도 .

  1. ^ Elte, E. L. (1912). "IV, Five dimensional semiregular polytope". The Semiregular Polytopes of the Hyperspaces. Netherlands: University of Groningen. ISBN 141817968X.
  2. ^ 콕서터 1973, 페이지 122–123, § 7.2 그림 7.2C 참조.
  3. ^ 콕서터 1973, 페이지 122, § 7·25.
  4. ^ Johnson, Norman W.; Geometries and Transformations, Cambridge University Press, 2018 페이지 224.
  5. ^ 를 클릭합니다Coxeter, H. S. M. (1974), Regular complex polytopes, London & New York: Cambridge University Press, p. 180, MR 0370328.

레퍼런스

  • Bowen, J. P. (April 1982). "Hypercube". Practical Computing. 5 (4): 97–99. Archived from the original on 2008-06-30. Retrieved June 30, 2008.
  • Coxeter, H. S. M. (1973). Regular Polytopes (3rd ed.). §7.2. see illustration Fig. 7-2C: Dover. pp. 122-123. ISBN 0-486-61480-8.{{cite book}}: CS1 유지: 위치(링크) 페이지 296, 표 I (ii) :일반 폴리토프, n차원 3개의 일반 폴리토프(n 5 5)
  • 힐, FrederickJ., 제럴드 R.피터슨(1974년).교환 이론과 논리적 설계에 대한 입문:.SecondEdition.뉴욕:JohnWiley도&Sons.아이 에스비엔 0-471-39882-9.그 점에"하이퍼 큐브"의 개념은 하이퍼 큐브의 vertices 그렇게 레이블과 함께 vertices 다음 하이퍼 큐브를distance-1 코드(그레이 코드)두가지 차원에 포함된 비치도 또는 카르노 도표를 형성할 것을 보여 주는 수단으로 소개됩니다-장 7.1"Cubical 표현에서 상속됨 함수의".

외부 링크

가족 An Bn I2(p) / Dn E6/E7/E8/F4/G2 Hn
정다각형 삼각형 광장 p곤 육각형 펜타곤
균일한 다면체 사면체 8면체 • 큐브 데미큐브 12면체이십면체
균일한 폴리코론 펜타코론 16 셀 • 테서랙트 데모테서랙트 24 셀 120 셀 • 600
균일한 5 폴리토프 51200x 5 - ORTOPLEX • 5 - 큐브 5 데미큐브
균일한 6 폴리토프 61200x 6-정류6-큐브 6-데미큐브 122221
균일한 7 폴리토프 71200x 7-정류7-큐브 7 데미큐브 132231321
균일한 8 폴리토프 8180x 8-정류8-큐브 8개의 데미큐브 142241421
균일한 9-폴리토프 9169x 9-정류9-입방체 9데미큐브
균일한 10 폴리토프 10-1996x 10 - ORTOPLEX • 10 - 큐브 10 데미큐브
균일한 n-폴리토프 n-1996x n-ortoplexn-입방체 n-데미큐브 1k22k1k21 n-오각형 폴리토프
주제: 폴리토프 패밀리 • 일반 폴리토프일반 폴리토프화합물 목록