【抽象代数】正八面体对称群的表示

 时间:2026-02-14 22:22:56

1、除了恒等变换,绕着x轴的旋转对称还包括90°、180°、270°的旋转,其中,把绕着x轴的90°旋转记为a,那么,a的矩阵形式可以写为:

a = RotationMatrix[Pi/2, {1, 0, 0}]

绕着x轴的180°、270°的旋转,可以记为a.a、a.a.a。

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2、绕着y轴旋转90°的矩阵形式记为b:

b = RotationMatrix[Pi/2, {0, 1, 0}]

对应的还有b.b、b.b.b。

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3、绕着z轴旋转90°的矩阵形式,记为c:

c = RotationMatrix[Pi/2, {0, 0, 1}]

还有对应的c.c、c.c.c。

【抽象代数】正八面体对称群的表示

4、上面这些变换,实际上是绕着某个顶点与正八面体的中心的连线的旋转

然后,再列举绕着某个面的中心与正八面体的中心的连线的旋转

绕着向量 {1, 1, 1} 的120°旋转记为d,那么,d.d就表示绕着向量 {1, 1, 1} 的240°旋转:

d = RotationMatrix[2*Pi/3, {1, 1, 1}];

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5、还有绕着向量{1, -1, 1}、{-1, 1, 1}、{-1, -1, 1}的120°旋转,其矩阵形式分别记为e、f、g:

e = RotationMatrix[2*Pi/3, {1, -1, 1}];

f = RotationMatrix[2*Pi/3, {-1, 1, 1}];

g = RotationMatrix[2*Pi/3, {-1, -1, 1}];

还有对应的e.e、f.f、g.g。

下图是矩阵e。

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6、绕着某条棱的中点与正八面体的中心的连线的旋转,都是180°的旋转。

正八面体有12条棱,对应棱的旋转可以视为同一个变换,这样,12条棱可以分为6对,就有六个180°的变换,分别记为:h、i、j、k、l、m:

h = RotationMatrix[Pi, {1, 0, 1}];

i = RotationMatrix[Pi, {0, 1, 1}];

j = RotationMatrix[Pi, {-1, 0, 1}];

k = RotationMatrix[Pi, {0, -1, 1}];

l = RotationMatrix[Pi, {1, 1, 0}];

m = RotationMatrix[Pi, {1, -1, 0}];

下图是h的矩阵形式。

【抽象代数】正八面体对称群的表示

7、再算上恒等变换(矩阵形式是单位矩阵),可以发现,正八面体群共有24个元素。它们的旋转矩阵表示,在下表中列出。

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