Bipyramidi

n-kulmainen bipyramidi, dipyramidi eli kaksoispyramidi  on monitahokas, joka saadaan yhdistämällä n-kulmainen pyramidi ja sen peilikuva pohjat vastakkain.  n-kulmaisella bipyramidilla on 2n kolmion muotoista tahkoa, 3n särmää ja 2 + n kärkeä.

Se n-kulmio, johon bipyramidin nimessä viitataan, ei ole mikään sen sivutahkoista vaan alkuperäisten pyramidien pohja, joka bipyramidia muodostettaessa jää sen sisään yhdistäen molemmat pyramidit toisiinsa ja on samalla bipyramidin symmetriataso.

Särmiöiden duaalikappaleet ovat bipyramideja.

Bipyramidin muodostavien pyramidien huippuja sanotaan bipyramidin apekseiksi.

Suorat, vinot ja koverat bipyramidit
Suoralla bipyramidilla on kaksi kärkipistettä suoraan pohjan keskipisteen ylä- ja alapuolella. Bipyramideja, jotka eivät ole suoria, sanotaan vinoiksi bipyramideiksi.  Säännöllisen bipyramidin pohja on säännöllinen monikulmio, ja usein edellytetään lisäksi, että se on myös suora bipyramidi. Suora bipyramidi voidaan esittää muodossa  sisäiselle monikulmiolle P ja säännöllinen n-bipyramidi muodossa 

Kovera bipyramidi on bipyramidi, jonka pohjana oleva monikulmio on kovera.
160px|Kovera bipyramidi

Säännöllinen bipyramidi on tahkotransitiivinen, jos se on jonkin uniformisen särmiön duaalikappale. Sellaisen sivutahkot ovat yleensä tasakylkisiä kolmiota.

Bipyramidin projektio pallopinnalla on kuvio, jonka muodostavat, jos pallo ajatellaan karttapalloksi, tasavälein n navalta navalle johtavaa pituuspiiriä sekä päiväntasaaja.

Bipyramidin tahkot projisoituina pallokolmioiksi esittävät perusalueita diedrisessä symmetriassa Dnh. Itse asiassa n-kulmaista bipyramidia voidaan pitää vastaavan n-kulmaisen diedrin kleetooppina.

Tilavuus
Bipyramidin tilavuus on , missä B on pohjan pinta-ala ja h korkeus mitattuna pohjasta apeksiin. Tämä pitää paikkansa, sijaitsipa apeksi missä tahansa, kunhan h on mitattu kohtisuorasti siihen tasoon nähden, jolla pohja on.

Jos bipyramidin pohja on säännöllinen n-sivuinen monikulmio, jonka sivu on s, ja bipyramidin korkeus on h, sen tilavuus on

Tasasivuisten kolmioiden muodostamat bipyramidit

On vain kolmenlaisia bipyramideja, joiden kaikki särmät ovat yhtä pitkät ja tahkot näin ollen tasasivuisia kolmiota. Tällaiset bipyramidit ovat deltaedrejä. Sellaisia ovat:
 triangulaarinen bipyramidi, jonka pohja on myös tasasivuinen kolmio,
 tetragonaalinen bipyramidi eli säännöllinen oktaedri, jonka pohja on neliö, ja
 pentagonaalinen dipyramidi, jonka pohja on säännöllinen viisikulmio.
Tetragonaalinen bipyramidi, jonka kaikki särmät ovat yhtä pitkät, on sama kuin säännöllinen oktaedri, joka on samalla yksi Platonin kappaleista. Triangulaarinen ja pentagonaalinen bipyramidi taas kuuluvat Johnsonin kappaleisiin (J12 ja J13).
100px100px100pxTriangulaarinen bipyramidiTetragonaalinen bipyramidi(oktaedri)Pentagonaalinen bipyramidi

Kalideskooppinen symmetria 

Jos bipyramidin pohja on monikulmio ja apeksit yhdistävä jana leikkaa pohjan sen keskipisteessä, n-kulmaisen bipyramidin symmetria on diedrinen symmetria Dnh kertalukua 4n, paitsi säännöllisen oktaedrin tapauksessa, jolla on laajempi oktaedrinen symmetriaryhmä Oh kertalukua 48, jolla on aliryhminään kolme versiota ryhmästä D4h. Tällaisen bipyramidin rotaatioryhmä on Dn kertalukua 2n, paitsi säännöllisellä oktaedrilla, jolla on laajempi symmetriaryhmä O, kertalukua 24, jolla on aliryhminään kolme versiota ryhmästä D4.

Pallopinnan 2n-bipyramidin kaksikulmaiset sivut esittävät kolmiulotteisen avaruuden diedrisen symmetrian perusalueita:Dnh, [n,2], (*n22), kertalukua 4n. Seuraavissa kuvissa nämä on jaettu kahtia niin, että toistensa peilikuvina olevat alueet ovat eri värisiä.

D1hD2hD3hD4hD5hD6h...120px120px120px120px120px120px

Suorat säännölliset bipyramidit 

+ Bipyramidien perheMonitahokas50px50px50px50px50px50px50px50pxCoxeter9px6px9px6px6px9px6px9px6px6px9px6px9px6px6px9px6px9px6px6px9px6px9px6px6px9px6px9px6px6px9px6px9px6px6px9px6px9px6px6px9px6px9px6px6pxLaatoitus50px50px50px50px50px50px50px50px50pxKonfiguraatioV2.4.4V3.4.4V4.4.4V5.4.4V6.4.4V7.4.4V8.4.4V9.4.4V10.4.4

 Asymmetriset suorat bipyramidit 

Asymmetrinen suora bipyramidi kostuu kahdesta pyramidista, joilla on yhteinen pohja mutta eri korkeus. Nämä pyramidit saattavat olla pohjan samalla puolellakin, jolloin bipyramidia sanotaan invertoiduksi. Säännöllisen n-kulmaisen asymmetrisen suoran pyramidin symmetriaryhmä on Cnv, kertalukua 2n. Asymmetrisen pyramidin duaalikappale on katkaistu kartio.

+ Kuusikulmainen asymmetrinen ja inveroitu bipyramidiAsymmetrinenInvertoitu100px200px

Skalenoedri

Skalenoedri on topologisesti 2n-sivuisen bipyramidin kaltainen, mutta sen sivutahkoina olevat kolmiot eivät ole tasakylkisiä.

Skalenoedreja on kahta tyyppiä. Ensimmäisesä tyypissä 2n kärjestä puolet on keskipisteen kautta kulkevan tason toisella puolella (yläpuolella), puolet toisella (alapuolella). Toisessa tyypissä kaikki nämä kärjet ovat samalla tasolla, mutta vuorotellen eri etäisyyksillä keskipisteestä.

Ensinmainitulla on rotaatioakselit särmien puolivälissä sivuillaan, kärkien kautta kulkevat symmetriatasot ja n-kertainen pyörähdyssymmetria akselinsa suhteen, jolloin sen symmetriaryhmä on Dnd, [2+,2n], (2*n), kertalukua 2n. Kristallografiassa esiintyy 8- ja 12-sivuisia skalenoedreja. Kaikki nämä muodot ovat isoedrejä.

Toisen tyypin skalenoedrilla on symmetriaryhmä  Dn, [2,n], (*nn2), kertalukua 2n. Se on rombinen bipyramidi.

Pienimmällä skalenoedrilla on 8 tahkoa, ja se on topologisesti säännöllisen oktaedrin kaltainen. Sen kärkipisteet voidaan esittää muodossa (0,0,±1), (±1,0,z), (0,±1,−z), missä z on jokin 0:n ja 1:n välillä oleva vakio. Jos tämä vakio on z = 0, kyseessä on säännöllinen oktaedri. Jos taas vakio on 1, tuloksena saadaan disfenoidi, jonka samassa tasossa olevat tahkot yhtyvät. Jos z > 1, kappale ei ole kupera. 

+ 4-skalenoedrin geometriset muunnelmatz = 0.1z = 0.25z = 0.5z = 0.95z = 1.5160px160px160px160px160px

Tähtibipyramidit 
On olemassa myös itsensä leikkaavia bipyramideja, joiden keskuskuviona on tähtimonikulmio. Sellaisten tahkot ovat kolmioita, jotka yhdistävät yhdistävät kunkin monikulmion sivut näihin kahteen pisteeseen. Bipyramidin {p/q} Coxeterin diagrammi on 9px6px9px6px9px6px9px.
5/27/27/38/39/29/410/311/211/311/411/512/550px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px60px9px6px9px6px9px6px6px

Isoedrisiä tähtimäisiä bipyramideja, joilla on parillinen määrä sivuja, voidaan tehdä myös käyttämällä pohjana "sik-sak-monikulmioita", joiden kaikki sivut eivät ole samassa tasossa, samoin kuin isotoksista tähtimonikulmiota, joiden sakarat ovat eri pituiset mutta joiden kaikki sivut sakaran kärjestä toisen sakaran kärkeen mitattuina ovat yhtä pitkät, tai myös monikulmioita, joilla on nämä molemmat ominaisuudet, esimerkiksi seuraavissa esimerkeissä, joissa pohjamonikulmion Schläflin symboli on {8/3}:
SäännöllinenSik-sak, säännöllinenIsotoksinenSik-sak, isotoksinen150px150px150px150px

 Korkeammat ulottuvuudet 
 Bipyramidit 4-polytooppien soluina 
Monitahokkaiden vastineita neljässä tai useammassa ulottuvuudessa ovat polytoopit. Kun mikä tahansa kupera 4-polytooppi suoritetaan, näin saadun polytoopin duaali on solutransitiivinen 4-polytooppi, jonka solut ovat kolmiulotteisia bipyramideja. Seuraavassa käytetään bipyramidin apeksikärjelle merkintää A ja ekvaattorilla olevalle kärjelle merkintää E.  esimerkissä bipyramidin apeksikärki on A ja ekvaattorikärki E. Oletetaan lisäksi, että ekvaattorilla kahden vierekkäisen kärjen välinen etäisyys on EE = 1, apeksin ja ekvaattorin välisen särmän pituus AE ja apeksien välinen etäisyys AA. Käytetään 4-polytoopin sellaisten kärkien lukumäärälle, jossa NA bipyramidia kohtaavat toisensa, merkintää VA, ja sellaisten kärkien lukumäärälle, joissa NE bipyramidin tyyppiä E olevat kärjet kohtaavat, merkintää VE.  Jokaisella tyypin AE särmällä kohtaa toisensa yhtä monta bipyramidia; käytetään tälle lukumäärälle merkintää NAE. Vastaavasti jokaisella tyypin EE särmällä kohtaa toisensa yhtä monta bipyramidia; käytetään tälle lukumäärälle merkintää NEE.  Olkoon CEE särmää EE vastaavan diedrikulman kosini. Koska solujen on mahduttava särmän ympärille, on:
  ja
 .

+ 4-polytooppien ominaisuuksia Bipyramidien ominaisuuksia  Minkä duaali Coxeterindiagrammi Solut VA VE NA NE NAE NEE Solu Coxeterindiagrammi AA AE** CAE CEE Suoristettu 5-solu 6px6px9px6px6px6px6px 10 5 5 4 6 3 3 Kolmikulmainen bipyramidi 9px6px9px6px6px  0.667   Suoritettu tesserakti 6px6px9px6px6px6px6px 32 16 8 4 12 3 4 Kolmikulmainen bipyramidi 9px6px9px6px6px  0.624   Suoristettu 24-solu 6px6px9px6px6px6px6px 96 24 24 8 12 4 3 Kolmikulmainen bipyramidi 6px6px9px6px6px  0.745   Suoristettu 120-solu 6px6px9px6px6px6px6px 1200 600 120 4 30 3 5 Kolmikulmainen pyramidi 6px6px9px6px6px  0.613   Suoristettu 16-solu 6px6px9px6px6px6px6px 24* 8 16 6 6 3 3 Neliöpohjainen bipyramidi 6px6px9px6px6px  1   Suoristettu kuutiollinen hunajakenno 6px6px9px6px6px6px6px ∞ ∞ ∞ 6 12 3 4 Neliöpohjainen bipyramidi (oktaedri) 9px6px9px6px6px 1 0.866  0 Suoristettu 600-solu 6px6px9px6px6px6px6px 720 120 600 12 6 3 3 Viisikulmainen bipyramidi 9px6px9px6px6px  1.447  
 * Suoristettu 16-solu on sama kuin säännöllinen 24-solu, ja sen kaikki särmät ovat yhtenevät   oktaedrit ovat säännöllisiä bipyramideja.
 ** Ilmoitettu lukuarvona, koska tarkan arvon ilmaisevat kaavat ovat jokseenkin monimutkaisia.

 Useampiulotteiset bipyramidit 
Yleisesti bipyramidia voidaan pitää n-polytooppina, joka konstruoidaan lähtemällä hypertasolla olevasta n − 1)-polytoopista sekä kahdesta hypertason ulkopuolella sen eri puolilla olevasta pisteestä, jotka ovat kohtisuorasti mitattuina samalla etäisyydellä hypertasosta.  Jos (n − 1)-polytooppi on säännöllinen polytooppi, kaikki muodostuvan bipyramidin rajoina olevat (n − 1)-solut ovat yhteneviä. Esimerkkinä voidaan mainita 16-solu, joka on oktaedrinen bipyramidi, ja yleisemmin n-ortopleksi, joka on (n − 1)-ortopleksinen bypyramidi.

Kaksiulotteinen bipyramidi on neljäkäs tai erikoistapauksessa neliö.

 Lähteet 



 Viitteet 

Luokka:Monitahokkaat