点群
点群(小数点 group)是指一个三维的有限图形或物体中全部对称要素的集合。在数学中,点群特指固定一点不动的几何对称(等距同构)的群,存在于任何维度的欧几里得空间中。
简介
点群不仅存在于三维空间,它们也可以在任何维度的欧几里得空间中找到。在二维空间中,点群有时被称为野蔷薇图案群(rosette group),这种群体常用于描述装饰品的对称性。而在三维空间中,点群被广泛应用于化学领域,尤其是在描述分子的对称性以及形成共价键的分子轨道时,有时也被称为分子点群。根据晶体局限定理,每个维度中都存在无限多个离散点群,但只有有限多个点群与平移对称相容。具体来说,在一维空间中有2个,二维空间中有10个,而三维空间中有32个,这些特定的点群被称为晶体点群。
二维中
二维点群可以根据其对称性的不同分为两类:仅具有旋转对称性的和同时具有旋转及镜射对称性的。循环群Cn(Zn抽象群类型)由360/n度及其整数倍的旋转构成。例如,卐符号的对称群C4,包含了0度、90度、180度及270度的旋转。而正方形的对称群属于二面体群Dn(Dihn抽象群类型),包含了与旋转对称性数量相同的镜射对称性。圆由于其无限的旋转对称性,也具有无限的镜射对称性,但在形式上,圆群S1与Dih(S1)是不同的,因为它明确地包含了镜射。此外,一个无限群并不需要是连续的,例如存在一个由360/√2度的整数倍旋转组成的群,但其中不包含180度的旋转。Cn和Dn群中n=1,2,3,4,6的情况可以与平移对称相结合,有时甚至可以以多种方式结合,因此这十个群可以产生出17个壁纸群。
一般性
在任何维度d的空间中,所有可能的定点等距同构的连续群都是正交群,标记为O(d);而所有可能的旋转对称性的连续子群则是特殊正交群,标记为SO(d)。这些标记并非来自向夫立符号,而是源自李群理论中的习惯用法。