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Politopo regular

En matemáticas, un politopo regular es una figura geométrica con un alto grado de simetría.

Un dodecaedro, uno de los cinco sólidos platónicos.

Ejemplo de politopos regulares en dos dimensiones son el cuadrado, el pentágono y el hexágono regular. En tres dimensiones incluyen los sólidos platónicos (poliedros regulares). Existen ejemplos también en dimensiones superiores. Los círculos y las esferas, aunque altamente simétricos, no son considerados politopos porque no tienen caras planas. La fuerte simetría de los politopos regulares les otorga una cualidad estética que interesa a los matemáticos.

Muchos politopos regulares existen en la naturaleza y han sido conocidos desde la prehistoria. El más antiguo tratamiento matemático de esos objetos viene de los antiguos matemáticos griegos tales como Euclides. Verdaderamente, Euclides escribió un estudio sistemático de las matemáticas, publicándolo con el nombre de Elementos de Euclides, en el cual construyó una teoría lógica de la geometría y de la teoría de los números. Su trabajo concluyó con descripciones matemáticas de los cinco sólidos Platónicos.

La definición de los politopos regulares permaneció estática por muchos siglos después de Euclides. La historia del estudio de los politopos regulares ha sido una donde la definición fue ampliada, permitiendo más y más diferentes objetos a ser considerados entre su conjunto. Los cinco sólidos Platónicos fueron unidos, hacia la mitad del segundo milenio, por los poliedros de Kepler-Poinsot. Al final del siglo XIX los matemáticos habían empezado a considerar politopos regulares en cuatro y más dimensiones, tal como el teseracto o hipercubo y el 24cell. El último es difícil de visualizar, pero aún retiene el placer estético simétrico de sus primos de menores dimensiones. Más difíciles aún de imaginar son los más modernos politopos regulares abstractos tal como el 57cell o el 11cell. Los matemáticos que estudian tales objetos insisten, sin embargo, que las cualidades estéticas de esos objetos permanecen.

Evolución del concepto

Prehistoria

A los antiguos matemáticos griegos se les atribuye normalmente el descubrimiento de los poliedros regulares. Los primeros registros escritos vienen de autores griegos, quiénes también formularon la primera descripción matemática.

En el mar Mediterráneo hubo otra civilización, la Etrusca que parece haber precedido a los griegos en el conocimiento de al menos uno de esos poliedros regulares, como se evidenció tras el descubrimiento cercano a Padua (en el norte de Italia) a finales del 1800 de un dodecaedro hecho de piedra jabón que data de hace más de 2500 años (Lindemann, 1987). Se puede argumentar, sin embargo, que la construcción de esta forma fue inspirada por el piritoedro (mencionado más adelante en este artículo), pues los minerales de pirita son relativamente abundantes en esa parte del mundo.

Previamente aún a los Etruscos, se han encontrado, en Escocia piedras talladas con formas que muestran la simetría de los cinco sólidos platónicos. Esas piedras están datadas con unos 4,000 años de antigüedad. Muestran no solo la forma de cada uno de los sólidos platónicos sino también las relaciones de dualidad entre ellos (esto es, que los centros de las caras del cubo dan lugar a los vértices de un octaedro, etc.) La página de John Evans (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última). en el Ashmolean Museum en la Universidad de Oxford muestra ejemplos de estos poliedros. Con todo, resulta imposible saber porqué se hicieron esos objetos o en qué se inspiró el escultor.

No hay pruebas de que los Etruscos o los antiguos escoceses tuvieran algún entendimiento matemático de los sólidos regulares ni tampoco existe prueba alguna de que no los tuvieran. La raíz del descubrimiento humano de los politopos tridimensionales, particularmente de los más simples, es seguramente imposible de rastrear. En todo caso, es el tratamiento que los antiguos matemáticos griegos dieron a los sólidos platónicos lo que ha llegado hasta nosotros y ha inspirado nuestros modernos cálculos matemáticos sobre ellos.

Grecia antigua

Algunos autores (Sanford, 1930) atribuyen a Pitágoras (550 a. C.) la caracterización de los sólidos platónicos, mientras que otros indican que solamente tuvo conocimiento del tetraedro, el cubo y el dodecaedro, correspondiendo el descubrimiento de los otros dos a Teateto, quién formuló una descripción matemática de los cinco (Van der Waerden, 1954), (Euclides, libro XIII). H.S.M. Coxeter (Coxeter, 1948, sección 1.9) afirma que Platón (400 a. C.) habría hecho ya modelos de ellos, y menciona que uno de los primeros pitagóricos usó los cinco sólidos dando una correspondencia entre los poliedros y la naturaleza del universo tal y como era percibido. Es de Platón de donde se deriva el término de sólidos Platónicos.

Poliedros estrella

Por casi 2000 años, el concepto de un politopo regular permaneció tal y como lo desarrollaron los antiguos matemáticos griegos. Se puede caracterizar la definición griega como sigue:

  • Un polígono regular es una figura plana convexa cuyos lados y esquinas son iguales.
  • Un poliedro regular es una figura sólida convexa cuyas caras son polígonos regulares iguales cuyos vértices se tocan con el mismo número de polígonos.

Esta definición descarta, por ejemplo, a la pirámide cuadrada en la cual aunque todas las caras son regulares, la base cuadrada no es congruente a los lados triangulares, o en la figura formada al unir dos tetraedros por una de sus caras dónde aunque todas las caras son triángulos equiláteros regulares e iguales entre sí, algunos vértices unen tres triángulos y otros cuatro.

Finalmente, a principios del siglo XV, la siguiente generación de politopos regulares empezó a emerger. Los poliedros estrellados regulares son llamados sólidos de Kepler-Poinsot en honor a Johannes Kepler y Louis Poinsot. Estas figuras contienen polígonos regulares no-convexos, llamados pentagramas, formando caras que rodean los vértices. Los dos poliedros de Kepler fueron construidos por otros antes de él pero Kepler fue el primero en ver que se podían considerar como "regulares" si no se tenía en cuenta la restricción de que los politopos regulares han de ser convexos. Más tarde, Poinsot descubrió los dos que faltaban. Cayley les dio nombres ingleses que fueron aceptados. Los de Kepler se llamaron pequeño dodecaedro estrellado y gran dodecaedro estrellado, y los de Poinsot gran icosaedro y gran dodecaedro.

Los poliedros de Kepler-Poinsot se pueden construïr a partir de los sólidos platónicos mediante un proceso llamado estrellamiento. Muchas estrellaciones no son regulares. El estudio de las estrellaciones de los sólidos platónicos tomó fuerte impulso por gracias H.S.M. Coxeter y otros en 1938, con el ahora famoso artículo El icosaedro 59. Este trabajo ha sido recientemente republicado (Coxeter, 1999).

El proceso reciproco del estrellamiento es el facetado. Cada estrellamiento de un politopo es dual, o recíproca, a algún facetado del politopo dual. Los poliedros regulares estrellados pueden también ser obtenidos al facetar los sólidos platónicos. N.J. Bridge (1974) clasificó los facetados más simples del dodecaedro, y al buscar sus recíprocos descubrió un estrellamiento del icosaedro que no aparecía en el famoso artículo El icosaedro 59. Se han descubierto más poliedros estrellados desde entonces, y la historia aún continúa.

Politopos de más dimensiones

No fue hasta el siglo XIX cuando un matemático suizo, Ludwig Schläfli, examinó y caracterizó los politopos regulares de más dimensiones. Sus esfuerzos fueron publicados por entero seis años después de su muerte (Schläfli, 1901), aunque partes de su investigación ya habían sido publicadas en 1855 y 1858 (Schläfli, 1855), (Schläfli, 1858). Entre 1880 y 1900, los resultados de Schläfli fueron redescubiertos independientemente por al menos otros nueve matemáticos (ver (Coxeter, 1948, pp. 143-144) para más detalles).

La última referencia es, probablemente, el tratamiento impreso más claro de los resultados de Schläfli y otros hasta la fecha. Schläfli mostró que hay seis politopos regulares convexos en cuatro dimensiones, y solo tres cuando las dimensiones son cinco o más (las generalizaciones del tetraedro, cubo y octaedro). Pueden encontrarse descripciones de estos en la lista de politopos regulares. También son de interés los politopos estrellados de cuatro dimensiones, no descubiertos por Schläfli, y también están descritos en la lista mencionada.

Al inicio del siglo XX, la definición de un politopo regular se estableció como sigue:

  • Un polígono regular es un polígono con todos los lados iguales y con todos los ángulos iguales.
  • Un poliedro regular es un poliedro cuyas caras son polígonos regulares congruentes, y con todos las figuras de vértice congruentes y regulares.
  • De la misma manera, un n-politopo regular es un politopo n-dimensional en el cual todas las caras (n−1)-dimensionales son regulares y congruentes, y en el cual los vértices figurados son todos regulares y congruentes.

La última es una definición "recursiva". Define la regularidad de figuras de dimensiones superiores en términos de figuras regulares de una dimensión inferior. Hay una definición equivalente (no-recursiva), que establece que un politopo es regular si tiene un suficiente grado de simetría.

  • Un n-politopo es regular si cualquier lista consistente de un vértice, un lado que lo contiene, una cara bidimensional que cntiene a ambos, y así hasta n − 1 dimensiones pueden ser proyectado a cualquier otro por una simetría del politopo.

Así, por ejemplo, el cubo es regular porque si escogemos un vértice del cubo, uno de los tres lados adyacentes y una de las dos caras conteniendo el lado, entonces ésta tripleta (vértice, lado, cara) puede ser proyectada a cualquier otra tripleta por una simetría adecuada del cubo.

Politopos regulares abstractos

En el siglo XX, se realizaron algunos desarrollos importantes. Los grupos de simetría de los politopos regulares clásicos se generalizaron en lo que ahora se denominan grupos de Coxeter. Los grupos de Coxeter también incluyen los grupos simétricos de teselaciones del espacio o del plano. Por ejemplo, el grupo de simetría de un infinito tablero de ajedrez sería un grupo de Coxeter.

En los años 1960 Branko Grünbaum hizo una llamada a la comunidad matemática para que se consideraran más tipos de politopos regulares abstractos a los que el llamó polistrómatas. Él desarrolló la teoría de los polistrómatas, mostrando ejemplos de nuevos objetos que el denominó apeirotopos regulares, esto es, politopos regulares con una infinidad de caras. Un ejemplo sencillo de un apeirógono pudiera ser un zig-zag. Parece satisfacer la definición de un polígono regular; todos los lados tienen la misma longitud, y todos los ángulos son iguales. Y más importante aún, hay simetrías en el zig-zag que permiten partir la figura en dos partes iguales desde cualquirer vértice.

 

Grünbaum también descubrió el 11-cell, un bello poliedro tetradimensional autodual. El 11-cell es un objeto cuyas caras no son icosaedros, sino hemi-icosaedros, es decir, tienen la forma que se obtendría si consideran las caras opuestas del icosaedro como una misma caras (Grünbaum, 1977). El hemi-icosaedro tiene solamente 10 caras triangulares y 6 vértices, a diferencia del icosaedro, que tiene 20 y 12.

Este concepto puede ser más fácil de aprehender para el lector si considera la relación del cubo con el hemicubo. Un cubo ordinario tiene 8 vértices, que pudieran ser etiquetados de A a H, con A opuesto a H, B a G, etc. En un hemicubo, A y H serían tratados como el mismo vértice; así también para B y G, etc. La arista AB vendría a ser la misma que GH, y la cara ABEF la misma cara que CDGH. La nueva forma tiene solo tres caras, 6 aristas y 4 vértices.

Unos pocos años después del descubrimiento de Grünbaum del 11-cell, H.S.M. Coxeter descubrió la misma forma de manera independiente. Antes, Coxeter había descubierto un politopo similar, el 57-cell (Coxeter, 1982, 1984).

El estudio de los polistrómatas fue relegado cuando los matemáticos cambiaron sus intereses por otros conceptos abstractos similares, incluyendo los conceptos de edificios y geometrías, politopos abstractos, conjuntos de Euler y otros. El 11-cell y el 57-cell permanecen como importantes ejemplos de politopos abstractos regulares.

Un politopo regular abstracto es definido como un conjunto, que se supone representa un conjunto de vértices, lados y caras, etc. de un politopo, con la idea de cuáles de esos "caen" en cuáles otros. Se imponen ciertas restricciones a los conjuntos, similares a las propiedades que deben satisfacer los politopos regulares clásicos (incluyendo los sólidos platónicos). Las restricciones, sin embargo, son suficientemente laxas para que teselaciones regulares, hemicubos, y aún objetos extraños como el 11-cell o aún más extraños, sean todos ejemplos de politopos regulares. La teoría es, en buena medida, un desarrollo de Egon Schulte y Peter McMullen (McMullen, 2002), pero otros investigadores también han realizado contribuciones.

Construcción

Polígonos

La forma tradicional de construir un polígono regular, o cualquier otra figura del plano, es mediante regla y compás. Construir algunos polígonos regulares es muy sencillo (el más fácil es posiblemente el triángulo equilátero), mientras que algunos son más difíciles o imposibles de construir. Los polígonos regulares más simples imposibles de construir usando regla y compás son los polígonos de n lados con n igual a 7, 9, 11, 13, 14, 18, 19, 21, y así sucesivamente.

Poliedros

Los Elementos de Euclídes (ver por ejemplo ) proporcionan un número de construcciones con regla y compás para los cinco sólidos platónicos. Sin embargo, la sola pregunta práctica de cómo se puede dibujar una línea recta en el espacio, aún con una regla, lleva a preguntarse qué significa exactamente "construir" un poliedro regular (por supuesto, la misma pregunta podría formularse respecto de los polígonos).

La palabra "construcción", tal como se la emplea en geometría, tiene la connotación de seguir un procedmiento sistemático para crear la cosa a construir. La forma más común de construir un poliedro regular es mediante despliegue o desdoblamiento. Para obtener el desdoblamiento de un poliedro, se toma la superficie del poliedro y se hacen cortes a lo largo del número de aristas suficiente para que la superficie pueda yacer plana. Esto da un plano del poliedro desplegado. Dado que las caras de los sólidos platónicos son solo triángulos, cuadrados y pentágonos, y todos esos polígonos pueden ser construidos con regla y compás, existen métodos de regla y compás por dibujar esos desdoblamientos. Lo mismo se aplica a los poliedros de Kepler.

Si el desdoblamiento se dibuja en cartón, o en un material que se pueda doblar (por ejemplo, hojas de metal), podría luego ser cortado, doblado a lo largo de los lados no cortados, uniendo a lo largo de los lados cortados apropiados, y así formar el poliedro para el cual se diseñó el desdoblamiento. Para un poliedro dado puede haber muchos desdoblamientos. Por ejemplo, hay 11 para el cubo, y más de 40000 para el dodecaedro. Algunos desdoblamientos interesantes del cubo, el octaedro, el dodecaedro y el icosaedro pueden verse en aquí.

Numerosos juguetes para niños, generalmente dirigidos a la franja de preadolescentes y adolescentes, permiten la experimentación con polígonos y poliedros regulares. Por ejemplo, klikko provee conjuntos de triángulos, cuadrados, pentágonos y hexágonos plásticos que pueden unirse lado a lado en un gran número de formas diferentes. Estos juguetes permiten a los niños redescrubrir los sólidos platónicos (o los sólidos arquimedeanos), especialmente si cuentan con ayuda de un adulto con conocimientos para guiarlos.

En teoría, pueden construirse poliedros regulares con casi cualquier material. Aquí (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última). y , por ejemplo, hay instrucciones para construir modelos empleando técnicas de origami. Se los puede labrar en madera, modelar con alambre, formar con cristal emplomado. La imaginación es el límite.

Dimensiones superiores

Cuando progresamos hacia dimensiones mayores se vuelve más difícil decir qué se entiende por "construir" los objetos. Claramente, en un universo tridimensional, es imposible construir un modelo físico de un objeto tetradimensional. Hay varias aproximaciones que se usan normalmente para lidiar con este problema.

El primer método es representar el objeto de dimensiones superiores en el espacio tridimensional, usando métodos análogos a los empleados para representar en el plano los objetos tridimensionales. Por ejemplo, los desdoblamientos mencionados en la sección previa tienen equivalentes en dimensiones superiores. Podría imaginarse aún construir un modelo de este desdoblamiento tal como se dibuja el desdoblamiento de un poliedro en el papel. Desafortunadamente, no será posible hacer el doblado de la estructura necesario para obtener un politopo tetradimiensional, dadas las restricciones del universo físico. Otra forma de "dibujar" las formas de dimensiones superiores en tres dimensiones es mediante alguna clase de proyección, por ejemplo, los análogos de la proyección ortográfica o de la perspectiva gráfica. El famoso libro de Coxeter sobre politopos (Coxeter, 1948) contiene algunos ejemplos de tales proyecciones ortográficas. Pueden encontrarse otros ejemplos en la web (por ejemplo, aquí). Nótese que representar los objetos tetradimensionales directamente en dos dimensiones es muy confuso. Los modelos tridimensionales de las proyecciones son más fáciles de entender; ocasionalmente pueden encontrarse estos modelos en museos de ciencia o departamentos de matemáticas de las universidades (como en la Université Libre de Bruxelles).

 

La intersección de un politopo regular tetradimensional con un hiperplano tridimensional será un politopo (no necesariamente regular). Moviendo el hiperplano a través de la forma, las "rebanadas" tridimensionales pueden combinarse y animarse en una suerte de objeto tetradimensional, donde la cuarta dimensión vendría a ser el tiempo. De esta manera, mediante estos cortes seccionales, podemos ver (aunque no entender completamente) la estructura completa en cuatro dimensiones de un politopo tetradimensional regular. Este método es análogo a la forma en que un tomógrafo axial computado reensambla imágenes bidimensionales para formar una representación de los órganos visualizados. El ideal sería un holograma animado de cualquier tipo; sin embargo, aún una simple animación tal como la que se muestra puede ofrecer alguna apreciación limitada de la estructura del politopo.

Otra forma en que un espectador tridimensional puede comprehender la estructura de un objeto cuatridimensional es a través de la "inmersión" en el objeto, posiblemente vía alguna forma de tecnología de realidad virtual. Para entender como trabajaría este método, imagine lo que vería si el espacio estuviera lleno con cubos. El espectador estaría estar dentro de uno de los cubos, y sería capaz de ver cubos enfrente, detrás, arriba, abajo, a la izquierda y a la derecha de sí mismo. Si se pudiese viajar en esas direcciones, se podría explorar el arreglo de cubos y entender su estructura geométrica. Un arreglo infinito de cubos no es un politopo en el sentido tradicional. De hecho, es una disección del espacio euclidiano tridimensional. Sin embargo, un politopo tetradimensional puede ser considerado una teselación de un espacio no euclidiano tridimensional, es decir, una teselación de la superficie de una esfera tetradimensional. Localmente, este espacio se verá como aquel con el que estamos familiarizados, y por lo tanto, se podría en principio programar un sistema de realidad virtual para permitir la exploración de esas "teselaciones", esto es, de los politopos regulares cuatridimensionales. El departamento de matemáticas de la UIUC tiene un número de imágenes de lo que se vería si el observador estuviese en una teselación de un espacio hiperbólico con dodecaedros. Tal teselación forma un ejemplo de un politopo regular abstracto infinito. Un ejemplo puede verse en esta página (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última)..

Normalmente, para los politopos regulares abstractos, un matemático considera el objeto como "construido" si se conoce la estructura de su grupo de simetría. Esto es así porque un importante teorema en el estudio de los politopos regulares abstractos provee una técnica que permite construir el politopo regular abstracto de su grupo de simetría de una manera directa y estándar.

Politopos en la naturaleza

Polígonos

 

En la naturaleza pueden observarse numerosos polígonos regulares. En el mundo de los minerales, los cristales a menudo tienen caras triangulares, cuadradas o hexagonales. Los cuasicristales hasta pueden tener caras en forma de pentágonos regulares. Otro fascinante ejemplo de polígonos regulares surgidos de procesos geológicos pueden observarse en la Calzada de los Gigantes en Irlanda, o en la Devil's Postpile en California, donde el enfriamiento de la lava ha formado áreas estrechamente acopladas de columnas hexagonales de basalto.

 
Carambola, una fruta popular del Sureste de Asia.

Los más famosos hexágonos en la naturaleza se encuentran en el reino animal. Los panales de abejas son un arreglo de hexágonos usados para almacenar miel y pólen, así como un lugar seguro para que las larvas crezcan. También existen animales que toman la forma aproximada de polígonos regulares (o al menos tienen la misma simetría); por ejemplo la estrella de mar, y algunas veces otros equinodermos tales como el erizo de mar, muestran la simetría de un pentágono u otros polígonos (tales como el heptágono). De hecho, los equinodermos no muestran simetría radial exacta. Sin embargo, las medusas la presentan, usualmente cuádruple (como el cuadrado) u óctuple.

La simetría radial (y otras simetrías) se observa también ampliamente en el reino vegetal, particularmente entre las flores, y en menor extensión las semillas y las frutas, siendo las formas de simetrí más comunes la pentagonal. Un ejemplo particularmente notorio es el de la carambola (Averrhoa carambola) una fruta semejante al mango originaria del sudeste asiático, cuyo corte seccional tiene forma de una estrella pentagonal.

Yendo de la tierra al espacio, matemáticos pioneros realizaron cálculos usando la ley de gravitación de Newton que establece que si dos cuerpos (tales como el Sol y la Tierra) orbitan el uno al otro, existen ciertos puntos en el espacio dónde un cuerpo más pequeño (tal como un asteroide o una estación espacial) permanecerá en una órbita estable, siguiendo por ejemplo a la Tierra pero nunca escapando o "retrasándose". Esos puntos son llamados puntos de Lagrange. El sistema Sol-Tierra tiene cinco puntos Lagrangianos. Los dos más estables están exactamente 60° adelante y detrás de la Tierra en su órbita. Esto es, si trazamos segmentos imaginarios que unan los centros del Sol y de la Tierra y uno de los puntos Lagrangianos estables, formarán un triángulo equilátero. Los astrónomos ya han encontrado asteroides troyanos en esos puntos. Aún se debate la practicidad de instalar una estación espacial en el punto Lagrangiano: aunque podría no necesitar jamás de correcciones de curso, podría tener frecuentemente colisiones con los asteroides que ya están presentes ahí. Existen ya satélites y sondas espaciales en los puntos Lagrangianos menos estables, los que no forman el vértice de un triángulo equilátero con la Tierra y el Sol. Por ahora se han usado sobre todo para la observación solar y la sonda más famos situada en uno de esos puntos ha sido la SOHO.

Poliedros

Los créditos por la primera construcción de sólidos platónicos no corresponden la raza humana. Todos ellos ocurren naturalmente en una forma o en otra, aunque no todas esas ocurrencias son distinguibles a simple vista. El tetraedro, cubo y octaedro aparecen como cristales. No se agotan allí las posibles formas de cristales (Smith, 1982, p 212), de las que hay 48. Ni los icosaedros regulares ni los dodecaedros regulares están entre ellas, aunque una de las formas, el piritoedro (llamado así por el grupo de piritas del cual es típico) tiene doce caras pentagonales, arregladas en el mismo patrón que un dodecaedro regular. Sin embargo, las caras son irregulares, por lo que el piritoedro tampoco es regular.

 

Al inicio del siglo XX, Ernst Haeckel describió (Haeckel, 1904) un número de especies de Radiolaria cuyos esqueletos tienen forma de varios poliedros regulares. Los ejemplos incluyen Circoporus octahedrus, Circogonia icosahedra, Lithocubus geometricus y Circorrhegma dodecahedra. Las formas de esas criaturas resultan obvias de sus nombres.

Un descubrimiento más reciente es el de un conjunto de nuevos tipos de moléculas de carbono, conocidas como fulerenos (una exposición sencilla de este descubrimiento puede verse en (Curl, 1991)). Aunque C60, el fulereno más fácil de producir, parece más o menos esférico, se supone que algunas de las variedades más grandes (tales como C240, C480 y C960) tienen ligeramente la forma de icosaedros redondeados, de unos pocos nanómetros de diámetro.

Al margen, en tiempos antiguos los pitagóricos creyeron que había una armonía entre los poliedros regulares y las órbitas de los planetas. En el siglo XVII, Johannes Kepler estudió los datos del movimiento planetario compilados por Tycho Brahe y durante una década trató de establecer el ideal pitagoreano encontrando una relación entre los tamaños de los poliedros y los tamaños de las órbitas de los planetas. Su búsqueda fracasó en su objetivo general, pero como consecuencia de estas investigaciones Kepler descubrió que los sólidos que hoy llamamos "de Kepler" son politopos regulares, que las órbitas de los planetas no son círculos, y las leyes del movimiento planetario por las cuales se hizo famoso. En la época de Kepler solo se conocían cinco planetas además de la Tierra, un número que igualaba el de los sólidos platónicos. El trabajo de Kepler, y los descubrimientos desde esa época de los planetas Urano, Neptuno y Plutón, han echado por tierra la idea pitagoreana.

Véase también

Referencias

  • (Bridge, 1974) Bridge, N. J.; Facetting the Dodecahedron Acta Crystallographica A30 pp548–552.
  • (Coxeter, 1948) Coxeter, H. S. M.; Regular Polytopes, (Methuen and Co., 1948).
  • (Coxeter, 1982) Coxeter, H. S. M.; Ten Toroids and Fifty-Seven hemi-Dodecahedra Geometrica Dedicata 13 pp87–99.
  • (Coxeter, 1984) Coxeter, H. S. M.; A Symmetrical Arrangement of Eleven hemi-Icosahedra Annals of Discrete Mathematics 20 pp103–114.
  • (Coxeter, 1999) Coxeter, H. S. M.; Du Val, P.; Flather, H. T.; Petrie, J. F.; The Fifty-Nine Icosahedra (Tarquin Publications, Stradbroke, England, 1999)
  • (Curl, 1991) Curl, R. F.; Smalley, R. E.; Fullerenes, Scientific American 265 4 (1991) pp32–41.
  • (Euclid) Euclid, Elements, English Translation by Heath, T. L.; (Cambridge University Press, 1956).
  • (Grünbaum, 1977) Grünbaum, B.; Regularity of Graphs, Complexes and Designs, in Problèmes Combinatoires et Théorie des Graphes, Colloquium Internationale CNRS, Orsay, 260 pp191–197.
  • (Haeckel, 1904) Haeckel, E.; Kunstformen der Natur (1904). Available as Haeckel, E.; Art forms in nature (Prestel USA, 1998), ISBN 3-7913-1990-6, or online at
  • (Lindemann, 1987) Lindemann F.; Sitzunger Bayerische Akademie Der Wissenschaften 26 (1987) pp625–768.
  • (McMullen, 2002) McMullen, P.; Schulte, S.; Abstract Regular Polytopes; (Cambridge University Press, 2002)
  • (Sanford, 1930) Sanford, V.; A Short History Of Mathematics, (The Riverside Press, 1930).
  • (Schläfli, 1855), Schläfli, L.; Reduction D'Une Integrale Multiple Qui Comprend L'Arc Du Cercle Et L'Aire Du Triangle Sphérique Comme Cas Particulières, Journal De Mathematiques 20 (1855) pp359–394.
  • (Schläfli, 1858), Schläfli, L.; On The Multiple Integral ndxdy...dz, Whose Limits Are  =a1x+b1y+... +h1z>0,   and   Quarterly Journal Of Pure And Applied Mathematics 2 (1858) pp269–301, 3 (1860) pp54–68, 97–108.
  • (Schläfli, 1901), Schläfli, L.; Theorie Der Vielfachen Kontinuität, Denkschriften Der Schweizerischen Naturforschenden Gesellschaft 38 (1901) pp1–237.
  • (Smith, 1982) Smith, J. V.; Geometrical And Structural Crystallography, (John Wiley and Sons, 1982).
  • (Van der Waerden, 1954) Van der Waerden, B. L.; Science Awakening, (P Noordhoff Ltd, 1954), English Translation by Arnold Dresden.

Enlaces externos

  • Stella: Polyhedron Navigator, una herramienta para explorar los poliedros e imprimir redes (en inglés).
  • Kunstformen der Natur en línea, de Ernst Haeckel (en alemán).
  • Interesantes redes desdobladas del cubo, octaedro, dodecaedro e icosaedro (en inglés).

La versión original de este artículo es una traducción de en:Regular polytope en Wikipedia en inglés


  •   Datos: Q2745944
  •   Multimedia: Regular polytopes

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En matematicas un politopo regular es una figura geometrica con un alto grado de simetria Un dodecaedro uno de los cinco solidos platonicos Ejemplo de politopos regulares en dos dimensiones son el cuadrado el pentagono y el hexagono regular En tres dimensiones incluyen los solidos platonicos poliedros regulares Existen ejemplos tambien en dimensiones superiores Los circulos y las esferas aunque altamente simetricos no son considerados politopos porque no tienen caras planas La fuerte simetria de los politopos regulares les otorga una cualidad estetica que interesa a los matematicos Muchos politopos regulares existen en la naturaleza y han sido conocidos desde la prehistoria El mas antiguo tratamiento matematico de esos objetos viene de los antiguos matematicos griegos tales como Euclides Verdaderamente Euclides escribio un estudio sistematico de las matematicas publicandolo con el nombre de Elementos de Euclides en el cual construyo una teoria logica de la geometria y de la teoria de los numeros Su trabajo concluyo con descripciones matematicas de los cinco solidos Platonicos La definicion de los politopos regulares permanecio estatica por muchos siglos despues de Euclides La historia del estudio de los politopos regulares ha sido una donde la definicion fue ampliada permitiendo mas y mas diferentes objetos a ser considerados entre su conjunto Los cinco solidos Platonicos fueron unidos hacia la mitad del segundo milenio por los poliedros de Kepler Poinsot Al final del siglo XIX los matematicos habian empezado a considerar politopos regulares en cuatro y mas dimensiones tal como el teseracto o hipercubo y el 24cell El ultimo es dificil de visualizar pero aun retiene el placer estetico simetrico de sus primos de menores dimensiones Mas dificiles aun de imaginar son los mas modernos politopos regulares abstractos tal como el 57cell o el 11cell Los matematicos que estudian tales objetos insisten sin embargo que las cualidades esteticas de esos objetos permanecen Indice 1 Evolucion del concepto 1 1 Prehistoria 1 2 Grecia antigua 1 3 Poliedros estrella 1 4 Politopos de mas dimensiones 1 5 Politopos regulares abstractos 2 Construccion 2 1 Poligonos 2 2 Poliedros 2 3 Dimensiones superiores 3 Politopos en la naturaleza 3 1 Poligonos 3 2 Poliedros 4 Vease tambien 5 Referencias 6 Enlaces externosEvolucion del concepto EditarPrehistoria Editar A los antiguos matematicos griegos se les atribuye normalmente el descubrimiento de los poliedros regulares Los primeros registros escritos vienen de autores griegos quienes tambien formularon la primera descripcion matematica En el mar Mediterraneo hubo otra civilizacion la Etrusca que parece haber precedido a los griegos en el conocimiento de al menos uno de esos poliedros regulares como se evidencio tras el descubrimiento cercano a Padua en el norte de Italia a finales del 1800 de un dodecaedro hecho de piedra jabon que data de hace mas de 2500 anos Lindemann 1987 Se puede argumentar sin embargo que la construccion de esta forma fue inspirada por el piritoedro mencionado mas adelante en este articulo pues los minerales de pirita son relativamente abundantes en esa parte del mundo Previamente aun a los Etruscos se han encontrado en Escocia piedras talladas con formas que muestran la simetria de los cinco solidos platonicos Esas piedras estan datadas con unos 4 000 anos de antiguedad Muestran no solo la forma de cada uno de los solidos platonicos sino tambien las relaciones de dualidad entre ellos esto es que los centros de las caras del cubo dan lugar a los vertices de un octaedro etc La pagina de John Evans enlace roto disponible en Internet Archive vease el historial la primera version y la ultima en el Ashmolean Museum en la Universidad de Oxford muestra ejemplos de estos poliedros Con todo resulta imposible saber porque se hicieron esos objetos o en que se inspiro el escultor No hay pruebas de que los Etruscos o los antiguos escoceses tuvieran algun entendimiento matematico de los solidos regulares ni tampoco existe prueba alguna de que no los tuvieran La raiz del descubrimiento humano de los politopos tridimensionales particularmente de los mas simples es seguramente imposible de rastrear En todo caso es el tratamiento que los antiguos matematicos griegos dieron a los solidos platonicos lo que ha llegado hasta nosotros y ha inspirado nuestros modernos calculos matematicos sobre ellos Grecia antigua Editar Algunos autores Sanford 1930 atribuyen a Pitagoras 550 a C la caracterizacion de los solidos platonicos mientras que otros indican que solamente tuvo conocimiento del tetraedro el cubo y el dodecaedro correspondiendo el descubrimiento de los otros dos a Teateto quien formulo una descripcion matematica de los cinco Van der Waerden 1954 Euclides libro XIII H S M Coxeter Coxeter 1948 seccion 1 9 afirma que Platon 400 a C habria hecho ya modelos de ellos y menciona que uno de los primeros pitagoricos uso los cinco solidos dando una correspondencia entre los poliedros y la naturaleza del universo tal y como era percibido Es de Platon de donde se deriva el termino de solidos Platonicos Poliedros estrella Editar Por casi 2000 anos el concepto de un politopo regular permanecio tal y como lo desarrollaron los antiguos matematicos griegos Se puede caracterizar la definicion griega como sigue Un poligono regular es una figura plana convexa cuyos lados y esquinas son iguales Un poliedro regular es una figura solida convexa cuyas caras son poligonos regulares iguales cuyos vertices se tocan con el mismo numero de poligonos Esta definicion descarta por ejemplo a la piramide cuadrada en la cual aunque todas las caras son regulares la base cuadrada no es congruente a los lados triangulares o en la figura formada al unir dos tetraedros por una de sus caras donde aunque todas las caras son triangulos equilateros regulares e iguales entre si algunos vertices unen tres triangulos y otros cuatro Finalmente a principios del siglo XV la siguiente generacion de politopos regulares empezo a emerger Los poliedros estrellados regulares son llamados solidos de Kepler Poinsot en honor a Johannes Kepler y Louis Poinsot Estas figuras contienen poligonos regulares no convexos llamados pentagramas formando caras que rodean los vertices Los dos poliedros de Kepler fueron construidos por otros antes de el pero Kepler fue el primero en ver que se podian considerar como regulares si no se tenia en cuenta la restriccion de que los politopos regulares han de ser convexos Mas tarde Poinsot descubrio los dos que faltaban Cayley les dio nombres ingleses que fueron aceptados Los de Kepler se llamaron pequeno dodecaedro estrellado y gran dodecaedro estrellado y los de Poinsot gran icosaedro y gran dodecaedro Los poliedros de Kepler Poinsot se pueden construir a partir de los solidos platonicos mediante un proceso llamado estrellamiento Muchas estrellaciones no son regulares El estudio de las estrellaciones de los solidos platonicos tomo fuerte impulso por gracias H S M Coxeter y otros en 1938 con el ahora famoso articulo El icosaedro 59 Este trabajo ha sido recientemente republicado Coxeter 1999 El proceso reciproco del estrellamiento es el facetado Cada estrellamiento de un politopo es dual o reciproca a algun facetado del politopo dual Los poliedros regulares estrellados pueden tambien ser obtenidos al facetar los solidos platonicos N J Bridge 1974 clasifico los facetados mas simples del dodecaedro y al buscar sus reciprocos descubrio un estrellamiento del icosaedro que no aparecia en el famoso articulo El icosaedro 59 Se han descubierto mas poliedros estrellados desde entonces y la historia aun continua Politopos de mas dimensiones Editar No fue hasta el siglo XIX cuando un matematico suizo Ludwig Schlafli examino y caracterizo los politopos regulares de mas dimensiones Sus esfuerzos fueron publicados por entero seis anos despues de su muerte Schlafli 1901 aunque partes de su investigacion ya habian sido publicadas en 1855 y 1858 Schlafli 1855 Schlafli 1858 Entre 1880 y 1900 los resultados de Schlafli fueron redescubiertos independientemente por al menos otros nueve matematicos ver Coxeter 1948 pp 143 144 para mas detalles La ultima referencia es probablemente el tratamiento impreso mas claro de los resultados de Schlafli y otros hasta la fecha Schlafli mostro que hay seis politopos regulares convexos en cuatro dimensiones y solo tres cuando las dimensiones son cinco o mas las generalizaciones del tetraedro cubo y octaedro Pueden encontrarse descripciones de estos en la lista de politopos regulares Tambien son de interes los politopos estrellados de cuatro dimensiones no descubiertos por Schlafli y tambien estan descritos en la lista mencionada Al inicio del siglo XX la definicion de un politopo regular se establecio como sigue Un poligono regular es un poligono con todos los lados iguales y con todos los angulos iguales Un poliedro regular es un poliedro cuyas caras son poligonos regulares congruentes y con todos las figuras de vertice congruentes y regulares De la misma manera un n politopo regular es un politopo n dimensional en el cual todas las caras n 1 dimensionales son regulares y congruentes y en el cual los vertices figurados son todos regulares y congruentes La ultima es una definicion recursiva Define la regularidad de figuras de dimensiones superiores en terminos de figuras regulares de una dimension inferior Hay una definicion equivalente no recursiva que establece que un politopo es regular si tiene un suficiente grado de simetria Un n politopo es regular si cualquier lista consistente de un vertice un lado que lo contiene una cara bidimensional que cntiene a ambos y asi hasta n 1 dimensiones pueden ser proyectado a cualquier otro por una simetria del politopo Asi por ejemplo el cubo es regular porque si escogemos un vertice del cubo uno de los tres lados adyacentes y una de las dos caras conteniendo el lado entonces esta tripleta vertice lado cara puede ser proyectada a cualquier otra tripleta por una simetria adecuada del cubo Politopos regulares abstractos Editar En el siglo XX se realizaron algunos desarrollos importantes Los grupos de simetria de los politopos regulares clasicos se generalizaron en lo que ahora se denominan grupos de Coxeter Los grupos de Coxeter tambien incluyen los grupos simetricos de teselaciones del espacio o del plano Por ejemplo el grupo de simetria de un infinito tablero de ajedrez seria un grupo de Coxeter En los anos 1960 Branko Grunbaum hizo una llamada a la comunidad matematica para que se consideraran mas tipos de politopos regulares abstractos a los que el llamo polistromatas El desarrollo la teoria de los polistromatas mostrando ejemplos de nuevos objetos que el denomino apeirotopos regulares esto es politopos regulares con una infinidad de caras Un ejemplo sencillo de un apeirogono pudiera ser un zig zag Parece satisfacer la definicion de un poligono regular todos los lados tienen la misma longitud y todos los angulos son iguales Y mas importante aun hay simetrias en el zig zag que permiten partir la figura en dos partes iguales desde cualquirer vertice Grunbaum tambien descubrio el 11 cell un bello poliedro tetradimensional autodual El 11 cell es un objeto cuyas caras no son icosaedros sino hemi icosaedros es decir tienen la forma que se obtendria si consideran las caras opuestas del icosaedro como una misma caras Grunbaum 1977 El hemi icosaedro tiene solamente 10 caras triangulares y 6 vertices a diferencia del icosaedro que tiene 20 y 12 Este concepto puede ser mas facil de aprehender para el lector si considera la relacion del cubo con el hemicubo Un cubo ordinario tiene 8 vertices que pudieran ser etiquetados de A a H con A opuesto a H B a G etc En un hemicubo A y H serian tratados como el mismo vertice asi tambien para B y G etc La arista AB vendria a ser la misma que GH y la cara ABEF la misma cara que CDGH La nueva forma tiene solo tres caras 6 aristas y 4 vertices Unos pocos anos despues del descubrimiento de Grunbaum del 11 cell H S M Coxeter descubrio la misma forma de manera independiente Antes Coxeter habia descubierto un politopo similar el 57 cell Coxeter 1982 1984 El estudio de los polistromatas fue relegado cuando los matematicos cambiaron sus intereses por otros conceptos abstractos similares incluyendo los conceptos de edificios y geometrias politopos abstractos conjuntos de Euler y otros El 11 cell y el 57 cell permanecen como importantes ejemplos de politopos abstractos regulares Un politopo regular abstracto es definido como un conjunto que se supone representa un conjunto de vertices lados y caras etc de un politopo con la idea de cuales de esos caen en cuales otros Se imponen ciertas restricciones a los conjuntos similares a las propiedades que deben satisfacer los politopos regulares clasicos incluyendo los solidos platonicos Las restricciones sin embargo son suficientemente laxas para que teselaciones regulares hemicubos y aun objetos extranos como el 11 cell o aun mas extranos sean todos ejemplos de politopos regulares La teoria es en buena medida un desarrollo de Egon Schulte y Peter McMullen McMullen 2002 pero otros investigadores tambien han realizado contribuciones Construccion EditarPoligonos Editar La forma tradicional de construir un poligono regular o cualquier otra figura del plano es mediante regla y compas Construir algunos poligonos regulares es muy sencillo el mas facil es posiblemente el triangulo equilatero mientras que algunos son mas dificiles o imposibles de construir Los poligonos regulares mas simples imposibles de construir usando regla y compas son los poligonos de n lados con n igual a 7 9 11 13 14 18 19 21 y asi sucesivamente Poliedros Editar Los Elementos de Euclides ver por ejemplo Elementos en espanol proporcionan un numero de construcciones con regla y compas para los cinco solidos platonicos Sin embargo la sola pregunta practica de como se puede dibujar una linea recta en el espacio aun con una regla lleva a preguntarse que significa exactamente construir un poliedro regular por supuesto la misma pregunta podria formularse respecto de los poligonos La palabra construccion tal como se la emplea en geometria tiene la connotacion de seguir un procedmiento sistematico para crear la cosa a construir La forma mas comun de construir un poliedro regular es mediante despliegue o desdoblamiento Para obtener el desdoblamiento de un poliedro se toma la superficie del poliedro y se hacen cortes a lo largo del numero de aristas suficiente para que la superficie pueda yacer plana Esto da un plano del poliedro desplegado Dado que las caras de los solidos platonicos son solo triangulos cuadrados y pentagonos y todos esos poligonos pueden ser construidos con regla y compas existen metodos de regla y compas por dibujar esos desdoblamientos Lo mismo se aplica a los poliedros de Kepler Si el desdoblamiento se dibuja en carton o en un material que se pueda doblar por ejemplo hojas de metal podria luego ser cortado doblado a lo largo de los lados no cortados uniendo a lo largo de los lados cortados apropiados y asi formar el poliedro para el cual se diseno el desdoblamiento Para un poliedro dado puede haber muchos desdoblamientos Por ejemplo hay 11 para el cubo y mas de 40000 para el dodecaedro Algunos desdoblamientos interesantes del cubo el octaedro el dodecaedro y el icosaedro pueden verse en aqui Numerosos juguetes para ninos generalmente dirigidos a la franja de preadolescentes y adolescentes permiten la experimentacion con poligonos y poliedros regulares Por ejemplo klikko provee conjuntos de triangulos cuadrados pentagonos y hexagonos plasticos que pueden unirse lado a lado en un gran numero de formas diferentes Estos juguetes permiten a los ninos redescrubrir los solidos platonicos o los solidos arquimedeanos especialmente si cuentan con ayuda de un adulto con conocimientos para guiarlos En teoria pueden construirse poliedros regulares con casi cualquier material Aqui enlace roto disponible en Internet Archive vease el historial la primera version y la ultima y aqui por ejemplo hay instrucciones para construir modelos empleando tecnicas de origami Se los puede labrar en madera modelar con alambre formar con cristal emplomado La imaginacion es el limite Dimensiones superiores Editar Cuando progresamos hacia dimensiones mayores se vuelve mas dificil decir que se entiende por construir los objetos Claramente en un universo tridimensional es imposible construir un modelo fisico de un objeto tetradimensional Hay varias aproximaciones que se usan normalmente para lidiar con este problema El primer metodo es representar el objeto de dimensiones superiores en el espacio tridimensional usando metodos analogos a los empleados para representar en el plano los objetos tridimensionales Por ejemplo los desdoblamientos mencionados en la seccion previa tienen equivalentes en dimensiones superiores Podria imaginarse aun construir un modelo de este desdoblamiento tal como se dibuja el desdoblamiento de un poliedro en el papel Desafortunadamente no sera posible hacer el doblado de la estructura necesario para obtener un politopo tetradimiensional dadas las restricciones del universo fisico Otra forma de dibujar las formas de dimensiones superiores en tres dimensiones es mediante alguna clase de proyeccion por ejemplo los analogos de la proyeccion ortografica o de la perspectiva grafica El famoso libro de Coxeter sobre politopos Coxeter 1948 contiene algunos ejemplos de tales proyecciones ortograficas Pueden encontrarse otros ejemplos en la web por ejemplo aqui Notese que representar los objetos tetradimensionales directamente en dos dimensiones es muy confuso Los modelos tridimensionales de las proyecciones son mas faciles de entender ocasionalmente pueden encontrarse estos modelos en museos de ciencia o departamentos de matematicas de las universidades como en la Universite Libre de Bruxelles La interseccion de un politopo regular tetradimensional con un hiperplano tridimensional sera un politopo no necesariamente regular Moviendo el hiperplano a traves de la forma las rebanadas tridimensionales pueden combinarse y animarse en una suerte de objeto tetradimensional donde la cuarta dimension vendria a ser el tiempo De esta manera mediante estos cortes seccionales podemos ver aunque no entender completamente la estructura completa en cuatro dimensiones de un politopo tetradimensional regular Este metodo es analogo a la forma en que un tomografo axial computado reensambla imagenes bidimensionales para formar una representacion de los organos visualizados El ideal seria un holograma animado de cualquier tipo sin embargo aun una simple animacion tal como la que se muestra puede ofrecer alguna apreciacion limitada de la estructura del politopo Otra forma en que un espectador tridimensional puede comprehender la estructura de un objeto cuatridimensional es a traves de la inmersion en el objeto posiblemente via alguna forma de tecnologia de realidad virtual Para entender como trabajaria este metodo imagine lo que veria si el espacio estuviera lleno con cubos El espectador estaria estar dentro de uno de los cubos y seria capaz de ver cubos enfrente detras arriba abajo a la izquierda y a la derecha de si mismo Si se pudiese viajar en esas direcciones se podria explorar el arreglo de cubos y entender su estructura geometrica Un arreglo infinito de cubos no es un politopo en el sentido tradicional De hecho es una diseccion del espacio euclidiano tridimensional Sin embargo un politopo tetradimensional puede ser considerado una teselacion de un espacio no euclidiano tridimensional es decir una teselacion de la superficie de una esfera tetradimensional Localmente este espacio se vera como aquel con el que estamos familiarizados y por lo tanto se podria en principio programar un sistema de realidad virtual para permitir la exploracion de esas teselaciones esto es de los politopos regulares cuatridimensionales El departamento de matematicas de la UIUC tiene un numero de imagenes de lo que se veria si el observador estuviese en una teselacion de un espacio hiperbolico con dodecaedros Tal teselacion forma un ejemplo de un politopo regular abstracto infinito Un ejemplo puede verse en esta pagina enlace roto disponible en Internet Archive vease el historial la primera version y la ultima Normalmente para los politopos regulares abstractos un matematico considera el objeto como construido si se conoce la estructura de su grupo de simetria Esto es asi porque un importante teorema en el estudio de los politopos regulares abstractos provee una tecnica que permite construir el politopo regular abstracto de su grupo de simetria de una manera directa y estandar Politopos en la naturaleza EditarPoligonos Editar En la naturaleza pueden observarse numerosos poligonos regulares En el mundo de los minerales los cristales a menudo tienen caras triangulares cuadradas o hexagonales Los cuasicristales hasta pueden tener caras en forma de pentagonos regulares Otro fascinante ejemplo de poligonos regulares surgidos de procesos geologicos pueden observarse en la Calzada de los Gigantes en Irlanda o en la Devil s Postpile en California donde el enfriamiento de la lava ha formado areas estrechamente acopladas de columnas hexagonales de basalto Carambola una fruta popular del Sureste de Asia Los mas famosos hexagonos en la naturaleza se encuentran en el reino animal Los panales de abejas son un arreglo de hexagonos usados para almacenar miel y polen asi como un lugar seguro para que las larvas crezcan Tambien existen animales que toman la forma aproximada de poligonos regulares o al menos tienen la misma simetria por ejemplo la estrella de mar y algunas veces otros equinodermos tales como el erizo de mar muestran la simetria de un pentagono u otros poligonos tales como el heptagono De hecho los equinodermos no muestran simetria radial exacta Sin embargo las medusas la presentan usualmente cuadruple como el cuadrado u octuple La simetria radial y otras simetrias se observa tambien ampliamente en el reino vegetal particularmente entre las flores y en menor extension las semillas y las frutas siendo las formas de simetri mas comunes la pentagonal Un ejemplo particularmente notorio es el de la carambola Averrhoa carambola una fruta semejante al mango originaria del sudeste asiatico cuyo corte seccional tiene forma de una estrella pentagonal Yendo de la tierra al espacio matematicos pioneros realizaron calculos usando la ley de gravitacion de Newton que establece que si dos cuerpos tales como el Sol y la Tierra orbitan el uno al otro existen ciertos puntos en el espacio donde un cuerpo mas pequeno tal como un asteroide o una estacion espacial permanecera en una orbita estable siguiendo por ejemplo a la Tierra pero nunca escapando o retrasandose Esos puntos son llamados puntos de Lagrange El sistema Sol Tierra tiene cinco puntos Lagrangianos Los dos mas estables estan exactamente 60 adelante y detras de la Tierra en su orbita Esto es si trazamos segmentos imaginarios que unan los centros del Sol y de la Tierra y uno de los puntos Lagrangianos estables formaran un triangulo equilatero Los astronomos ya han encontrado asteroides troyanos en esos puntos Aun se debate la practicidad de instalar una estacion espacial en el punto Lagrangiano aunque podria no necesitar jamas de correcciones de curso podria tener frecuentemente colisiones con los asteroides que ya estan presentes ahi Existen ya satelites y sondas espaciales en los puntos Lagrangianos menos estables los que no forman el vertice de un triangulo equilatero con la Tierra y el Sol Por ahora se han usado sobre todo para la observacion solar y la sonda mas famos situada en uno de esos puntos ha sido la SOHO Poliedros Editar Los creditos por la primera construccion de solidos platonicos no corresponden la raza humana Todos ellos ocurren naturalmente en una forma o en otra aunque no todas esas ocurrencias son distinguibles a simple vista El tetraedro cubo y octaedro aparecen como cristales No se agotan alli las posibles formas de cristales Smith 1982 p 212 de las que hay 48 Ni los icosaedros regulares ni los dodecaedros regulares estan entre ellas aunque una de las formas el piritoedro llamado asi por el grupo de piritas del cual es tipico tiene doce caras pentagonales arregladas en el mismo patron que un dodecaedro regular Sin embargo las caras son irregulares por lo que el piritoedro tampoco es regular Al inicio del siglo XX Ernst Haeckel describio Haeckel 1904 un numero de especies de Radiolaria cuyos esqueletos tienen forma de varios poliedros regulares Los ejemplos incluyen Circoporus octahedrus Circogonia icosahedra Lithocubus geometricus y Circorrhegma dodecahedra Las formas de esas criaturas resultan obvias de sus nombres Un descubrimiento mas reciente es el de un conjunto de nuevos tipos de moleculas de carbono conocidas como fulerenos una exposicion sencilla de este descubrimiento puede verse en Curl 1991 Aunque C60 el fulereno mas facil de producir parece mas o menos esferico se supone que algunas de las variedades mas grandes tales como C240 C480 y C960 tienen ligeramente la forma de icosaedros redondeados de unos pocos nanometros de diametro Al margen en tiempos antiguos los pitagoricos creyeron que habia una armonia entre los poliedros regulares y las orbitas de los planetas En el siglo XVII Johannes Kepler estudio los datos del movimiento planetario compilados por Tycho Brahe y durante una decada trato de establecer el ideal pitagoreano encontrando una relacion entre los tamanos de los poliedros y los tamanos de las orbitas de los planetas Su busqueda fracaso en su objetivo general pero como consecuencia de estas investigaciones Kepler descubrio que los solidos que hoy llamamos de Kepler son politopos regulares que las orbitas de los planetas no son circulos y las leyes del movimiento planetario por las cuales se hizo famoso En la epoca de Kepler solo se conocian cinco planetas ademas de la Tierra un numero que igualaba el de los solidos platonicos El trabajo de Kepler y los descubrimientos desde esa epoca de los planetas Urano Neptuno y Pluton han echado por tierra la idea pitagoreana Vease tambien EditarSolidos platonicos H S M CoxeterReferencias Editar Bridge 1974 Bridge N J Facetting the Dodecahedron Acta Crystallographica A30 pp548 552 Coxeter 1948 Coxeter H S M Regular Polytopes Methuen and Co 1948 Coxeter 1982 Coxeter H S M Ten Toroids and Fifty Seven hemi Dodecahedra Geometrica Dedicata 13 pp87 99 Coxeter 1984 Coxeter H S M A Symmetrical Arrangement of Eleven hemi Icosahedra Annals of Discrete Mathematics 20 pp103 114 Coxeter 1999 Coxeter H S M Du Val P Flather H T Petrie J F The Fifty Nine Icosahedra Tarquin Publications Stradbroke England 1999 Curl 1991 Curl R F Smalley R E Fullerenes Scientific American 265 4 1991 pp32 41 Euclid Euclid Elements English Translation by Heath T L Cambridge University Press 1956 Grunbaum 1977 Grunbaum B Regularity of Graphs Complexes and Designs in Problemes Combinatoires et Theorie des Graphes Colloquium Internationale CNRS Orsay 260 pp191 197 Haeckel 1904 Haeckel E Kunstformen der Natur 1904 Available as Haeckel E Art forms in nature Prestel USA 1998 ISBN 3 7913 1990 6 or online at https web archive org web 20090627082453 http caliban mpiz koeln mpg de stueber haeckel kunstformen natur html Lindemann 1987 Lindemann F Sitzunger Bayerische Akademie Der Wissenschaften 26 1987 pp625 768 McMullen 2002 McMullen P Schulte S Abstract Regular Polytopes Cambridge University Press 2002 Sanford 1930 Sanford V A Short History Of Mathematics The Riverside Press 1930 Schlafli 1855 Schlafli L Reduction D Une Integrale Multiple Qui Comprend L Arc Du Cercle Et L Aire Du Triangle Spherique Comme Cas Particulieres Journal De Mathematiques 20 1855 pp359 394 Schlafli 1858 Schlafli L On The Multiple Integral ndxdy dz Whose Limits Are p 1 displaystyle p 1 a1x b1y h1z gt 0 p 2 gt 0 p n gt 0 displaystyle p 2 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Regular polytopesObtenido de https es wikipedia org w index php title Politopo regular amp oldid 138466205, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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