Типы решёток Вороного
Ти́пы решёток Вороно́го, типы точечных решёток -мерного евклидова пространства , введённые Г. Ф. Вороным в 1908 (см. Вороной. 1952) в связи с задачей о параллелоэдрах.
Множество точек в называется -системой, если в нём нет точек ближе чем на фиксированном расстоянии друг от друга, и всякий шар радиуса, большего, чем фиксированное , содержит хотя бы одну точку из . Пусть – выпуклый многогранник области Дирихле точки из системы , т. е. области точек пространства, которые отстоят от какой-либо точки системы не дальше, чем от всех других её точек. Области Дирихле точек -системы попарно не имеют общих внутренних точек, покрывают всё пространство (т. е. образуют разбиение) и смежны целыми гранями (т. е. составляют нормальное разбиение). С той же системой можно связать дуальное к тоже нормальное разбиение на многогранники (вписанные в сферы), каждый из которых есть выпуклая оболочка точек системы , соответствующих всем , сходящимся в вершине разбиения .
Две -мерные точечные решётки относятся к одному типу Вороного, когда их разбиения аффинны друг другу. Если репер таков, что при любых достаточно малых изменениях его метрических параметров (скалярных квадратов и скалярных произведений векторов) разбиение решётки, построенной на изменённом репере, получается из разбиения решётки, построенной на исходном репере тем же аффинным преобразованием, которое переводит исходный репер в изменённый репер, то репер называется примитивным или общим. Для этого необходимо и достаточно, чтобы разбиение для исходного репера было симплициальным. Точка пространства параметров [где ], соответствующая такому реперу, тоже называется общей. Полная линейно связная область , содержащая общую точку, в которой разбиения для всех её точек получаются из разбиения для решётки, построенной на репере, соответствующем точке , теми же аффинными преобразованиями, при помощи которых реперы, соответствующие этим точкам, получаются из репера, соответствующего точке , называются областью типа точки . Г. Ф. Вороной доказал, что в область имеет вид выпуклого многогранного угла (гоноэдра) с вершиной в начале координат и с конечным числом граней и что для любого заданного существует лишь конечное число неэквивалентных областей . Он дал также алгорифм для их нахождения (см. Вороной. 1952). Для число равно соответственно . Вороной доказал также, что самое общее (т. е. не обязательно разбиение Дирихле) нормальное разбиение на одинаковые выпуклые и параллельно расположенные многогранники, сходящиеся по в вершинах (примитивные параллелоэдры), есть аффинный образ разбиения для решётки, и свёл таким образом изучение этих параллелоэдров к теории квадратичных форм. Для непримитивных параллелоэдров (т. е. в случае, когда в некоторых вершинах сходится больше чем параллелоэдр) вопрос о возможности их аффинно преобразовать в область решётки для произвольного пока открыт. Известно только его положительное решёние для (см. Delaunay. 1929).
Примитивная область для двумерной решётки есть выпуклый шестиугольник с центром симметрии, вписанный в круг, и обратно. В случае трёхмерной решётки это некоторый 14-гранник, комбинаторно такой же, как кубооктаэдр с восемью шестиугольными и шестью четырёхугольными гранями, грани которого имеют центры симметрии, и такой, что отрезки, идущие из его центра в центры граней, перпендикулярны к граням, и обратно. Непримитивная область при – прямоугольник, а при – или додекаэдр с четырьмя шестиугольными и восемью параллелограмматическими гранями, или параллелограмматический додекаэдр, или прямая шестиугольная призма с основанием – примитивным двумерным , или прямоугольный параллелепипед. Для имеется примитивных разных типов решёток Вороного и непримитивных. При переходе к происходит скачок – для различных примитивных уже (см. Рышков. 1975). Этот результат был получен введением нового понятия C-типа решётки: в один C-тип относят те решётки, у которых аффинны друг другу не сами разбиения , а лишь их одномерные остовы.