Симметризация Штайнера — построение определённого типа, сопоставляющее произвольной фигуре фигуру с зеркальной симметрией. Это построение применяется при решении изопериметрической задачи, предложенном Якобом Штайнером в 1838.

На основе симметризации Штайнера были построены и другие симметризации, которые используются в схожих задачах.

Определение Пусть есть гиперплоскость и  — данная фигура в .

Введём ортогональную систему координат, в которой описывается уравнением . Для каждой точки пусть обозначает длину пересечения перпендикуляра, проведённого к через , с множеством . Далее проведём через отрезок длины с серединой в , перпендикулярный к . Объединение таких отрезков есть симметризация Штайнера относительно .

Свойства

Объём совпадает с объёмом .

Площадь поверхности не превосходит площади поверхности . Если выпуклое тело, то равенство площадей поверхностей и достигается только в случае, если зеркально симметрична относительно гиперплоскости, параллельной плоскости симметризации. В общем случае равенство может достигаться не только для зеркально симметричных , например, равенство достигается для плоских фигур, составленных из двух прямоугольников с основаниями, параллельными прямой симметризации.

Если выпукла, то же верно и для .

Симметризация Штайнера не увеличивает расстояние по Хаусдорфу между фигурами, то есть

где и  — произвольные фигуры, и  — их симметризации относительно одной и той же гиперплоскости, а  — метрика Хаусдорфа.

Если , то .

Вариации и обобщения

Симметризация Пойа (круговая). Осевая симметризация — аналогична симметризации Штайнера, но даёт фигуру, инвариантную относительно поворотов вокруг данной прямой.

Литература

Категория:Геометрические алгоритмы