File:Boerdijk-Coxeter Helix in the 5-Cell.webm

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    Summary

    Description
    English: This video shows the Boerdijk-Coxeter helix in the 5-cell – a twisted sequence of five regular tetrahedra, in which each tetrahedron has one face in common with the next. The five vertices of the tetrahedra that make up the helix are all located on the surface of the 3-sphere, i.e., they all have a distance of 1 from the center of the 3-sphere (the origin of the euclidean 4D space). The tetrahedra are projected from 4D to 3D using a stereographic projection of the vertices. Stereographic projection was used to ensure that tetrahedra, which are disjoint in 4D, do not cross each other as a result of the projection. Since the Boerdijk-Coxeter helix comprises all of the five tetrahedra of the 5-cell, the entire 5-cell is projected. This leads to the fact that four of the tetrahedra lie within the fifth tetrahedron in the projection. The outer tetrahedron appears as a regular tetrahedron. The inner four tetrahedra connect one outer face each to the fifth vertex that lies at the center of the outer tetrahedron. They appear distorted in the projection. In 4D, all five tetrahedra are regular. Initially, the tetrahedra are visualized by their semi-transparent faces and the edges of the Boerdijk-Coxeter helix. One set of edges is colored cyan. This set of edges forms a Petrie polygon of the 5-cell. It connects all five vertices cyclically. Each tetrahedron contains exactly three edges of the Petrie polygon. In addition, one set of edges is colored magenta. They connect vertices to each other in steps of two vertices, i.e., they skip every second vertex of the cyan Petrie polygon. The helix rotates once to show its geometry more clearly. During the revolution, the faces are faded out. The rotation then stops. Now, the five individual tetrahedra of the Boerdijk-Coxeter helix are shown successively together with the edges of the entire helix, first the four inner tetrahedra and finally the outer tetrahedron. It can be observed that each tetrahedron is connected to one tetrahedron before and one after via a single face each. Furthermore, it can be observed that each newly shown tetrahedron advances by one vertex along the cyan Petrie polygon. This shows that the defining criteria of the Boerdijk-Coxeter helix are fulfilled. The helix then rotates once more. In this revolution, it is visualized only by the two types of edges. This video was created based on:
    • H. S. M. Coxeter: Regular Polytopes, 3rd edition, Dover Publications, New York, 1973, pp. 245,
    • H. S. M. Coxeter: The Simplicial Helix and the Equation tan⁡nθ=ntan⁡θ, Canadian Mathematical Bulletin, 28(4):385–393, 1985, p. 386.
    Deutsch: Dieses Video zeigt die Boerdijk-Coxeter-Helix im 5-Zell – einen verdrillten Folge aus fünf regelmäßigen Tetraedern, in dem jedes Tetraeder eine Fläche mit dem nächsten teilt. Die fünf Ecken der Tetraeder, aus denen die Helix besteht, liegen alle auf der Oberfläche der 3-Spähre, d. h. sie haben alle einen Abstand von 1 vom Mittelpunkt der 3-Sphäre (dem Ursprung des euklidischen 4D-Raums). Die Tetraeder werden durch eine stereografische Projektion vom 4D-Raum in den 3D-Raum projiziert. Die stereografische Projektion wurde verwendet um sicherzustellen, dass die Tetraeder, die im 4D disjunkt sind, sich nicht gegenseitig aufgrund der Projektion durchdringen. Da die Boerdijk-Coxeter-Helix alle fünf Tetraeder des 5-Zells umfasst, wird das gesamte 5-Zell projiziert. Dies führt dazu, dass in der Projektion vier der Tetraeder innerhalb des fünften Tetraeders liegen. Das äußere Tetraeder erscheint als reguläres Tetraeder. Die inneren Tetraeder verbinden jeweils eine Außenfläche mit der fünften Ecke, die in der Mitte des äußeren Tetraeders liegt. Sie erscheinen in der Projektion verzerrt. Im 4D sind alle fünf Tetraeder regulär. Am Anfang des Videos werden die Tetraeder durch ihre halbtransparenten Flächen und die Kanten der Boerdijk-Coxeter-Helix visualisiert. Ein Satz an Kanten ist cyan eingefärbt. Dieser Satz an Kanten bildet ein Petrie-Polygon des 5-Zells. Es verbindet alle fünf Ecken zyklisch miteinander. Jedes Tetraeder enthält genau drei Kanten des Petrie-Polygons. Zusätzlich wird noch ein Satz an Kanten magenta eingefärbt. Sie verbinden die Ecken in Schritten von zwei Ecken miteinander, d. h. sie überspringen jede zweite Ecke des cyanfarbenen Petrie-Polygons. Die Helix dreht sich einmal, um ihre Geometrie zu veranschaulichen. Die Flächen werden während dieser Drehung der Helix langsam ausgeblendet. Danach stoppt die Rotation. Nun werden nacheinander die fünf Tetraeder der Boerdijk-Coxeter-Helix einzeln zusammen mit den Kanten der gesamten Helix angezeigt, zunächst die vier inneren und schließlich das äußere Tetraeder. Es kann beobachtet werden, dass jedes der Tetraeder mit genau einem vorangegangenen und einem nachfolgenden Tetraeder über jeweils eine Fläche verbunden ist. Außerdem kann beobachtet werden, dass jedes neu eingeblendete Tetraeder eine Ecke auf dem cyanfarbenen Petrie-Polygon voranschreitet. Dies zeigt, dass die definierenden Eigenschaften der Boerdijk-Coxeter-Helix erfüllt sind. Die Helix rotiert dann noch einmal. In dieser Umdrehung sie nur noch durch die zwei Arten von Kanten visualisiert. Dieses Video wurde erstellt basierend auf:
    • H. S. M. Coxeter: Regular Polytopes, 3rd edition, Dover Publications, New York, 1973, S. 245,
    • H. S. M. Coxeter: The Simplicial Helix and the Equation tan⁡nθ=ntan⁡θ, Canadian Mathematical Bulletin, 28(4):385–393, 1985, S. 386.
    Date
    Source Own work
    Author Carsten Steger

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    Captions

    The Boerdijk-Coxeter helix in the 16-cell

    Items portrayed in this file

    depicts

    26 May 2025

    5,589,176 byte

    36.033 second

    900 pixel

    1,000 pixel

    video/webm

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    current18:19, 26 May 2025 (5.33 MB)wikimediacommons>Carsten StegerUploaded own work with UploadWizard

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