En geometría, un diagrama de Coxeter-Dynkin (también diagrama de Coxeter o gráfico de Coxeter) es un grafo con enlaces etiquetados s (o hiperplanos reflectores). Describe una construcaleidoscópica: ca dominio de una faceta) y la etiqueta ligada a una rama codifica el orden del ángulo diedro entre cada dos espejos (en un dominio de una cara), es decir, la cantidad por la que se tiene que multiplicar el ángulo entre los planos reflectantes para obtener 180 grados. Una rama sin etiquetar representa implícitamente el orden 3 (60 grados).
Cada diagrama representa un grupo de Coxeter, que se clasifican por sus diagramas asociados.
Los diagramas de Dynkin son objetos estrechamente relacionados, que difieren de los diagramas de Coxeter en dos aspectos: en primer lugar, las ramas etiquetadas como "4" o mayores están dirigidas, mientras que los diagramas de Coxeter son no dirigidos; en segundo lugar, los diagramas de Dynkin deben satisfacer una restricción adicional (la restricción cristalográfica), a saber, que las únicas etiquetas de rama permitidas son 2, 3, 4 y 6. Los diagramas de Dynkin guardan una correspondencia directa con los sistemas raíz, por lo que se usan para clasificarlos. Esto implica a su vez que forman álgebras de Lie semisimples.
Descripción Las ramas de un diagrama de Coxeter-Dynkin están etiquetadas con un número racional p, que representa un ángulo diedro de 180°/p. Cuando el ángulo es de 90° y los espejos no tienen interacción, entonces la rama puede omitirse del diagrama. Si una rama no está etiquetada, se supone que tiene , que representa un ángulo de 60°. Dos espejos paralelos tienen una rama marcada con "∞". En principio, los n espejos pueden representarse mediante un grafo completo en el que se dibujan todas las ramas. En la práctica, casi todas las configuraciones interesantes de los espejos incluyen varios ángulos rectos, por lo que debe tenerse en cuenta que las ramas correspondientes se omiten.
Los diagramas se pueden etiquetar por su estructura gráfica. Las primeras formas estudiadas por Ludwig Schläfli son los ortoesquemas, que poseen gráficos lineales que generan politopos regulares y panales regulares. Los plagioesquemas son símplex representados por gráficos ramificados, y los cicloesquemas son símplex representados por gráficos cíclicos.
Matriz de Schläfli Cada diagrama de Coxeter tiene su correspondiente matriz de Schläfli (llamada así por Ludwig Schläfli), con elementos de matriz , donde p es el orden de las ramas entre los pares de espejos. Al igual que una matriz de cosenos, también se denomina matriz de Gram, en referencia al matemático danés Jørgen Pedersen Gram (1850-1916). Todas las matrices de Schläfli del grupo de Coxeter son simétricas porque sus vectores raíz están normalizados. Se relaciona estrechamente con la matriz de Cartan, utilizada en los diagramas de Dynkin, gráficos similares (aunque dirigidos) en los casos limitados a p = 2,3,4 y 6, que NO son simétricos en general.
El determinante de la matriz de Schläfli (llamado schläfliano) y su signo determinan si el grupo es finito (positivo), afín (cero), o indefinido (negativo). Esta regla se llama criterio de Schläfli.<ref>Coxeter, Regular Polytopes, (3rd edition, 1973), Dover edition, , Sec 7.7. page 133, Schläfli's Criterion</ref>
Los autovalores de la matriz de Schläfli determinan si un grupo de Coxeter es de tipo finito (todo positivo), tipo afín (todo no negativo, y al menos uno es cero) o tipo indefinido (de otra manera). El tipo indefinido a veces se subdivide aún más, en hiperbólicos y otros grupos de Coxeter. Sin embargo, existen múltiples definiciones no equivalentes para los grupos hiperbólicos de Coxeter. Se usa la siguiente definición: un grupo de Coxeter con diagrama conectado es hiperbólico si no es de tipo finito ni afín, pero cada subdiagrama conectado es de tipo finito o afín. Un grupo de Coxeter hiperbólico es compacto si todos los subgrupos son finitos (es decir, tienen determinantes positivos) y paracompacto si todos sus subgrupos son finitos o afines (es decir, tienen determinantes no negativos).
Los grupos finitos y afines también se denominan elípticos y parabólicos respectivamente. Los grupos hiperbólicos también se llaman grupos de Lannér, en referencia a F. Lannér, que enumeró los grupos hiperbólicos compactos en 1950,Lannér F., On complexes with transitive groups of automorphisms, Medd. Lunds Univ. Mat. Sem. [Comm. Sem. Math. Univ. Lund], 11 (1950), 1–71 y también grupos de Koszul (o cuasi-Lannér) para los grupos paracompactos.
Grupos de Coxeter de rango 2 Para el rango 2, el tipo de un grupo Coxeter está completamente fijado por el determinante de la matriz de Schläfli, ya que es simplemente el producto de sus valores propios: tipo finito (determinante positivo), tipo afín (determinante cero) o hiperbólico (determinante negativo). Coxeter usa una notación de corchetes equivalente, que enumera las secuencias de órdenes de ramas como un sustituto de los diagramas gráficos de ramas y nodos. También existen soluciones racionales [p/q], , con máximo común divisor (p, q) = 1, que definen dominios fundamentales superpuestos. Por ejemplo, 3/2, 4/3, 5/2, 5/3, 5/4. y 6/5. TipoFinitoAfínHiperbólicoGeometría...Coxeter[ ][p][∞][∞][iπ/λ]Orden24682p∞Los ejes de simetría especular están coloreados para corresponder con los nodos del diagrama de Coxeter.Los dominios fundamentales están coloreados alternativamente Diagramas de grupos de Coxeter de rango 2OrdenpGrupoDiagrama de CoxeterMatriz de SchläfliDeterminante(4-a21*a12)Finito (Determinante>0)2I2(2) = A1xA143I2(3) = A233/2[3/2]4I2(4) = B224/3[4/3]5I2(5) = H2~1.381966011255/4[5/4]5/2[5/2]~3.618033988755/3[5/3]6I2(6) = G216/5[6/5]8I2(8)~0.5857864376310I2(10)~0.3819660112512I2(12)~0.26794919243pI2(p)[p]Afín (Determinante=0)∞I2(∞) = = [∞]0Hiperbólico (Determinante≤0)∞[∞]0∞[iπ/λ]
Visualizaciones geométricas El diagrama de Coxeter-Dynkin puede verse como una descripción gráfica del dominio fundamental de los espejos. Un espejo representa un hiperplano dentro de un espacio euclídeo, esférico o hiperbólico de una dimensión dada. En espacios 2D, un espejo es una recta, y en 3D un espejo es un plano.
Estas visualizaciones muestran los dominios fundamentales para grupos euclídeos 2D y 3D, y grupos esféricos 2D. Para cada uno, el diagrama de Coxeter puede deducirse identificando los espejos del hiperplano y etiquetando su conectividad, ignorando los ángulos diédricos de 90 grados (orden 2).
Grupos de Coxeter en el plano euclídeo con sus diagramas equivalentes. Las reflexiones se etiquetan como nodos gráficos R1, R2, etc. y se colorean por su orden de reflexión. Las reflexiones a 90 grados están inactivas y, por lo tanto, se suprimen del diagrama. Las simetrías especulares paralelas están conectadas por una rama etiquetada con ∞. El grupo prismático x se muestra como una duplicación de , pero también se puede crear en forma de dominios rectangulares al duplicar los triángulos . es una duplicación del triángulo .Muchos grupos de Coxeter en geometría hiperbólica pueden extenderse de los casos euclídeos como una serie de soluciones hiperbólicas.Grupos de Coxeter en el espacio 3d con sus diagramas. Los espejos (caras triangulares) están etiquetados por el vértice opuesto 0..3. Las ramas se colorean por su orden de reflexión. llena 1/48 del cubo. llena 1/24 del cubo. llena 1/12 del cubo.Grupos de Coxeter en la esfera, con sus diagramas equivalentes. El dominio fundamental se describe en amarillo. Los vértices del dominio (y las ramas del gráfico) están coloreados por su orden de reflexión.
Grupos de Coxeter finitos Véase también familias de politopos para obtener una tabla de los politopos uniformes de nodo final asociados con estos grupos. Se utilizan indistintamente tres simbologías diferentes para definir los mismos grupos: como una letra/número, como un conjunto de números entre corchetes y como el diagrama de Coxeter. Los grupos Dn bifurcados son versiones semi o alternadas de los grupos Cn regulares. Los grupos bifurcados Dn y En también están etiquetados con un superíndice [3a,b,c] donde a, b, y c son los números de segmentos en cada una de las tres ramas.
+ Diagramas de Coxeter-Dynkin finitos conectados (rangos de 1 a 9)RankGrupos de Lie simplesGrupos de Lie excepcionales 1A1=[ ] 2A2=B2=D2=A1A1 G2=H2=I2[p]3A3=B3=[3,4]D3=A3E3=A2A1 F3=B3H3 4A4=B4=[32,4]D4=[31,1,1]E4=A4F4H4 5A5=B5=[33,4]D5=[32,1,1]E5=D5 6A6=B6=[34,4]D6=[33,1,1]E6=[32,2,1]7A7=B7=[35,4]D7=[34,1,1]E7=[33,2,1]8A8=B8=[36,4]D8=[35,1,1]E8=[34,2,1]9A9=B9=[37,4]D9=[36,1,1] 10+........
Aplicación con politopos uniformes Al construir politopos uniformes, los nodos se marcan como "activos" mediante un anillo si un punto generador está fuera del espejo, creando una nueva arista entre un punto generador y su imagen reflejada. Un nodo sin anillo representa un espejo "inactivo", que no genera puntos nuevos.Se pueden usar dos espejos ortogonales para generar un cuadrado, , visto aquí con un punto generador rojo y 3 copias virtuales a través de los espejos. El generador tiene que estar fuera de ambos espejos en este caso ortogonal para generar un interior. El marcado del anillo supone que los anillos activos tienen generadores a la misma distancia de todos los espejos, mientras que un rectángulo también puede representar una solución no uniforme.
Los diagramas de Coxeter-Dynkin pueden enumerar explícitamente casi todas las clases de politopos uniformes y de teselados uniformes. Cada politopo uniforme con simetría reflexiva pura (todos, menos algunos casos especiales, tienen simetría reflexiva pura) puede representarse mediante un diagrama de Coxeter-Dynkin con permutaciones de "márgenes". Cada politopo uniforme puede generarse usando tales espejos y un único punto generador: las imágenes especulares crean nuevos puntos como reflejos, y entonces se pueden definir las aristas del polítopo como segmentos entre cada punto y sus imágenes en los espejos. Las caras se generan por el reflejo repetido de las aristas que finalmente envuelven al generador original; la forma final, así como las facetas de dimensiones superiores, también se crean cuando la cara se refleja para encerrar un área.
Para especificar los vértices generadores, se marcan uno o más nodos con anillos, lo que significa que el vértice no está en el espejo(s) representado por el nodo(s) anillado (si se marcan dos o más espejos, el vértice es equidistante de ellos). Un espejo está "activo" (crea reflejos) solo con respecto a los puntos que no están en él. Un diagrama necesita al menos un nodo activo para representar un politopo. Un diagrama no conectado (subgrupos separados por ramas de orden 2 o espejos ortogonales) requiere al menos un nodo activo en cada subgrafo.
Todos los politopos regulares, representados por los símbolos de Schläfli , pueden tener sus dominios fundamentales representados por un conjunto de n espejos con un diagrama de Coxeter-Dynkin relacionado con una línea de nodos y ramas etiquetadas por con el primer nodo anillado.
Los politopos uniformes con un anillo corresponden a puntos generadores en las esquinas del dominio fundamental simplex. Dos anillos corresponden a los bordes de simplex y tienen un grado de libertad, con solo el punto medio como la solución uniforme para longitudes de arista iguales. En general, los k puntos generadores con anillo están situados sobre las (k-1) caras del símplex, y si todos los nodos están anillados, el punto del generador está en el interior del símplex.
El caso especial de politopos uniformes con simetría no reflexiva está representado por un marcado secundario en el que se elimina el punto central de un nodo anillado (llamado "agujero"). Estas formas son alternancias de politopos con simetría reflexiva, lo que implica que los nodos alternativos se eliminan. El politopo resultante tendrá una subsimetría del grupo de Coxeter original. Una alternancia truncada se llama achatada.