Una bipirámide (o dipirámide) n-gonal es un poliedro formado por la reunión base con base de una pirámide n-gonal con su simétrica respecto al plano de la base. El n-gono de la bipirámide hace referencia a la figura 2D formada por la base que une las dos mitades piramidales simétricas respecto a su plano común.
Las bipirámides de caras isohédricas son los poliedros duales de prismas uniformes y suelen tener caras en forma de triángulo isósceles.
Clasificación Las bipirámides se clasifican según el número de ángulos de su plano central (de simetría). Bipirámide triangular – 6 caras – dual: Prisma triangular Octaedro (bipirámide cuadrilátera) – 8 caras – dual: Ortoedro Bipirámide pentagonal – 10 caras – dual: Prisma pentagonal Bipirámide hexagonal – 12 caras – dual: Prisma hexagonal Bipirámide heptagonal – 14 caras – dual: Prisma heptagonal Bipirámide octogonal – 16 caras – dual: Prisma octogonal Bipirámide eneagonal – 18 caras – dual: Prisma eneagonal Bipirámide decagonal – 20 caras – dual: Prisma decagonal
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Geometría Volumen El volumen de una bipirámide (simétrica) se calcula mediante la fórmula:
donde es el área de la base y la altura desde el plano de la base hasta uno de los vértices.
La fórmula funciona para cualquier forma de la base y para cualquier ubicación del vértice, siempre que se mida como la distancia en perpendicular desde el plano que contiene el polígono por el que se unen las dos pirámides.
Por eso, el volumen de una bipirámide (simétrica) cuya base es un polígono regular de lados con una longitud de lado y cuya altura es se calcula mediante la fórmula:
Área lateral Por otro lado, para una bipirámide recta, el área de su superficie lateral es:
donde es la longitud de la apotema del polígono de la base común.
Ambas fórmulas se deducen directamente de duplicar las correspondientes a la pirámide.
Bipirámides rectas "regulares" Una bipirámide "recta" tiene sus dos vértices contenidos en una recta perpendicular (formando un ángulo recto) al plano de la base, y situados uno por encima y otro por debajo del centroide de su base poligonal.
Una bipirámide "regular" tiene una base poligonal regular. Por lo general, se implica que también es una bipirámide "recta".
Una bipirámide regular recta (simétrica) n-gonal tiene el símbolo de Schläfli }.
Una bipirámide recta (simétrica) tiene el símbolo de Schläfli para la base formada por el polígono P.
La bipirámide n-gonal recta "regular" (por lo tanto isoedral) con vértices regulares es la figura dual de un prisma uniforme n-gonal (por lo tanto, recto), y tiene caras congruentes con forma de triángulo isósceles.
Una bipirámide n-gonal recta (simétrica) "regular" puede ser proyectada en una esfera o globo terráqueo como una bipirámide esférica n-gonal recta (simétrica) "regular", generando n líneas meridianas equiespaciadas que van de polo a polo, y una línea ecuatorial que las biseca.
Clasificación de Coxeter-Dynkin De acuerdo con sus propiedades de simetría, las distintas bipirámides se denotan con los siguientes diagramas de Coxeter-Dynkin:
Bipirámides n-gonales rectas y regulares (simétricas):Nombre de la bipirámideBipirámide digonalBipirámide triangularOctaedroBipirámide pentagonalBipirámide hexagonalBipirámide heptagonalBipirámide octogonalBipirámideBipirámide decagonal...Bipirámide apeirogonalImagen del poliedro50px50px50px50px50px50px50px50px...Imagen del poliedro esférico50px50px50px50px50px50px50px50px50pxImagen del teselado100pxConfiguraciónde vérticesV2.4.4V3.4.4V4.4.4V5.4.4V6.4.4V7.4.4V8.4.4V9.4.4V10.4.4...V∞.4.4Diagrama de Coxeter-Dynkin...
Bipirámides de triángulos equiláteros Solo tres tipos de bipirámides pueden tener todas las aristas de la misma longitud (lo que implica que todas sus caras son triángulos equiláteros y, por lo tanto, la bipirámide es un deltaedro): las bipirámides "regulares" rectas (simétricas) triangulares, tetragonales y pentagonales. La bipirámide tetragonal o cuadrada con aristas de igual longitud, el octaedro, es uno de los sólidos platónicos; las bipirámides triangulares y pentagonales con aristas de la misma longitud forman parte de los sólidos de Johnson (J12 y J13). + Bipirámides de triángulos equiláteros:: Nombre de la bipirámiderecta "regular" (simétrica)Bipirámide triangular(J12)Bipirámide tetragonal(Octaedro regular)Bipirámide pentagonal(J13)Imagen de la bipirámide100px100px100px
Simetría caleidoscópica Una bipirámide "regular" recta (simétrica) n-gonal tiene el grupo simetría diédrica Dnh, de orden 4n, excepto en el caso de un octaedro regular, que pertenece al grupo de simetría octaédrica más grande Oh, de orden 48, que tiene tres versiones de D4h como subgrupos. El grupo de rotación es Dn, de orden 2n, excepto en el caso de un octaedro regular, que tiene el grupo de rotación mayor O, de orden 24, que tiene tres versiones de D4 como subgrupos.
Las 4n caras triangulares de una bipirámide recta "regular" (simétrica) 2n-gonal, proyectada como las 4n caras triangulares esféricas de una bipirámide esférica 2n-gonal recta (simétrica) "regular", representan los dominios fundamentales de la simetría diédrica en tres dimensiones: Dnh, [n,2 ], (*n22), orden 4n. Estos dominios se pueden mostrar como triángulos esféricos de colores alternativos: En un plano de reflexión a través de bordes cocíclicos, los dominios de imagen especular están en diferentes colores (isometría indirecta). Sobre un eje de rotación n' que pasa por vértices opuestos, un dominio y su imagen tienen el mismo color (isometría directa). Una bipirámide n-gonal (simétrica) puede verse como el kleetopo del diedro n-gonal correspondiente.
+ Dominios fundamentales de la simetría diédrica en tres dimensiones:DnhD1hD2hD3hD4hD5hD6h...Imagen de losdominios fundamentales120px120px120px120px120px120px...
Bipirámides oblicuas Las bipirámides no rectas se denominan bipirámides oblicuas. Se caracterizan porque la recta que pasa por los dos vértices y por el centroide de la base, no es perpendicular al plano de la base.
Bipirámides cóncavas miniatura|Ejemplo de bipirámide tetragonal cóncava (simétrica) (*)
Una bipirámide cóncava tiene una base poligonal cóncava. En la figura de la derecha, (*) la base no posee un centroide evidente; si sus vértices no están "justo" arriba y abajo del centro de gravedad de su base, no es una bipirámide "recta". De todos modos, es un octaedro cóncavo.
Bipirámides rectas asimétricas/invertidas AsimétricaInvertida100px200px Una bipirámide recta asimétrica es la unión base con base de dos pirámides rectas con bases congruentes, pero con alturas desiguales de los vértices a la base.
Una bipirámide recta invertida es la unión base con base de dos pirámides rectas con bases congruentes pero alturas desiguales, pero del mismo lado de su base común.
El dual de una bipirámide recta asimétrica o invertida es un tronco.
Una bipirámide "regular" asimétrica/invertida recta n-gonal tiene un grupo de simetría Cnv, de orden 2n.
Bipirámides con triángulos escalenos miniatura|Ejemplo de bipirámide ditetragonal
Una bipirámide di-n-gonal "isotoxal" recta (simétrica) es una bipirámide 2n-gonal recta (simétrica) con un polígono plano isotoxal como base: sus 2n vértices alrededor de los lados son coplanares, pero se alternan con dos radios distintos (como por ejemplo, en el caso de un rombo).
Una bipirámide isotoxal recta (simétrica) di-n-gonal tiene n ejes de rotación dobles a través de los vértices alrededor de los lados, n planos de reflexión a través de los dos vértices de las pirámides y pares de puntos de la base, n rotaciones de superposición alrededor del eje que pasa a través de los ápices, un plano de reflexión a través de la base, y un eje de roto-reflexión de n lóbulos que pasa a través de los ápices, que representa el grupo de simetría Dnh, [n,2], (*22 n), de orden 4n (la reflexión en el plano base corresponde a la roto-reflexión de 0°. Si n es par, hay una simetría alrededor del centro, correspondiente a la roto-reflexión de 180°).
Todas sus caras son triángulos congruentes, y es una figura isoedral. Puede verse como un tipo de escalenoedro di-n-gonal recto "simétrico".
Nota: Para dos alturas de vértice particulares como máximo, las caras de los triángulos pueden ser isósceles, como se demuestra a continuación con un ejemplo numérico sencillo.
Ejemplo 1: Sea una pirámide de base rómbica, cuyas semidiagonales miden 3 y 4 unidades. En consecuencia, el lado del rombo mide:
Ahora, si se desea que la arista que une uno de los vértices del rombo con el ápice de la pirámide, mida lo mismo que el lado del rombo (para obtener así un triángulo isósceles), se debe formar un triángulo rectángulo del que se conoce un cateto (cualquiera de las semidiagonales del rombo) y su hipotenusa (la longitud ), lo que permite calcular la altura del ápice sobre la base:
miniatura|Ejemplo de bipirámides rómbicas
Ejemplo 2: La bipirámide "isotoxal" recta (simétrica) "didigonal" (*) con vértices base: U = (1,0,0), U′ = (−1,0,0), V = (0,2,0), V′ = (0,−2,0), y con ápices: A = (0,0,1), A′ = (0,0,−1), tiene dos longitudes de borde diferentes: UV = UV′ = U′V = U′V′ = , AU = AU′ = A′U = A′U′ = , AV = AV′ = A′V = A′V′ = ; así, todas sus caras triángulos isósceles.
La bipirámide "isotoxal" recta (simétrica) "digonal" (*) con los mismos vértices de base, pero con altura de vértice: 2, también tiene dos longitudes de arista diferentes: y 2.
En cristalografía, existen bipirámides "isotoxales" rectas (simétricas) didigonales (de 8 caras), ditrigonales (de 12 caras), ditetragonales (de 16 caras) y dihexagonales (de 24 caras).
(*) Las bipirámides geométricas di-n-gonales más pequeñas tienen ocho caras y son topológicamente idénticas al octaedro regular. En este caso (2n = 2×2): una bipirámide "isotoxal" recta (simétrica) "didigonal" se denomina bipirámide rómbica, aunque todas sus caras son triángulos escalenos, porque su base poligonal plana es un rombo.
Escalenoedros miniatura|Ejemplo de escalenoedro ditrigonal
Un escalenoedro "regular" recto "simétrico" di-n-gonal se puede generar con una base en forma de polígono en zizzag 2n-gono regular y dos vértices simétricos rectos situados arriba y debajo del centro de la base, y caras triangulares que conectan cada lado de la base con cada vértice.
Tiene dos ápices y 2n vértices alrededor de los lados, 4n caras y 6n aristas; es topológicamente idéntico a una bipirámide 2n-gonal, pero sus 2n vértices se alternan en dos anillos situados por encima y por debajo del centro.
Un escalenoedro di-n-gonal recto "regular" "simétrico" tiene n ejes de rotación dobles a través de los bordes medios alrededor de los lados, n planos de reflexión a través de los vértices y ápices, un eje de rotación de n lóbulos a través de los ápices, y un eje de roto-reflexión de 'n' lóbulos a través de los ápices, que representa el grupo de simetría Dnv = Dnd, [2+,2n], (2*n ), de orden 4n. Si n es impar, existe una simetría alrededor del centro, correspondiente a la roto-reflexión de 180°.
Todas sus caras son triángulos congruentes entre sí, y es una figura isoedral. Puede verse como otro tipo de bipirámide recta "simétrica" 2n-gonal, con base un polígono regular con vértices dispuestos en zigzag.
Nota: Para dos alturas de vértice particulares como máximo, las caras triangulares pueden ser isóceles.
En cristalografía, existen escalenoedros "regulares" rectos "simétricos" "didigonales" (de 8 caras) y ditrigonales (de 12 caras).
Los escalenoedros geométricos más pequeños tienen ocho caras y son topológicamente idénticos a los octaedros regulares. En este caso (2n = 2×2):un escalenoedro "regular" recto "simétrico" "didigonal" se llama escalenoedro tetragonal; sus seis vértices se pueden representar como (0,0,±1), (±1,0,z), (0,±1,−z), donde z es un parámetro entre 0 y 1; en z = 0, es un octaedro regular; en z = 1, es un disfenoide con todas las caras coplanares fusionadas (cuatro triángulos isósceles congruentes); para z > 1, se vuelve cóncavo.