Subido por mortizmo1980

Octaedro (1)

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Automorfismos de Octaedro
Sea GC la gráfica plana de un cubo y GO la gráfica dual de GC , es decir, si C1 , C2 , C3 , C4 , C5 ,
C6 son las caras de GC , entonces C1 , C2 , C3 , C4 , C5 , C6 son los vértices de GO , y (Ci , Cj ) es
una arista de GO si y solo si las caras Ci y Cj tienen una arista en común en GC . Podemos
considerar a GO plana.
Theorem 1. GO es la gráfica plana del octaedro.
Consideremos los grupos de automorfismos de GC y GO , Aut(GC ) y Aut(GO ) respectivamente. Se probará en el Teorema 4 que estos grupos son ismomorfos.
Lema 2. Sea f : X −→ Y una función inyectiva, entonces:
(i) Si U, V son subconjuntos de X tales que f (U ) = f (V ), se tiene que U = V .
(ii) Si U es finito y |U | = |V |, entonces f es sobreyectiva.
Lema 3. Sea G una gráfica f : V (G) −→ V (G), si f es biyectiva y para cualquier arista
(u, v) de G se tiene que (f (u), f (v)) también es una arista de G, entonces f es un automorfismo de G.
Theorem 4. Aut(GC ) y Aut(GO ) son isomorfos.
Dem. Sea φ : Aut(GC ) −→ Aut(GO ) definida como sigue: para cada α ∈ Aut(GC ),
φ(α) = α
e de tal forma que α
e(Ci ) = Cj si y solo si α(V (Ci )) = V (Cj ). Entonces tenemos las
siguientes afirmaciones:
1. Para cada α elemento de Aut(GC ) tenemos:
(a) α
e es una función de V (GO ) en V (GO ).
Si Ci es un vértice de GO , entonces Ci es una cara de GC , entonces α(V (Ci )) es
el conjunto de vértices de alguna cara de GC , digamos Cj , ası́ α(V (Ci )) = V (Cj ),
lo que implica que α
e(Ci ) = Cj y Cj es un vértice de GO .
(b) α
e es biyectiva.
Supongamos que α
e(Ci ) = α
e(Cj ), entonces para alguna cara Ck de GC , α(V (Ci )) =
V (Ck ) = α(V (Cj )). Como α es inyectiva, el (i) del Lema 2 implica que V (Ci ) =
V (Cj ). Como Ci y Cj son caras de GC , entonces son la misma cara, es decir
Ci = Cj , por lo que α
e es inyectiva. Por otro lado, como V (GO ) es finito, entonces
por el (ii) del Lema 2, se tiene que α
e también es sobreyectiva.
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(c) α
e ∈ Aut(GO ).
Primero veamos que si (Ci , Cj ) es una arista de GO , entonces (e
α(Ci ), α
e(Cj ))
también es una arista de GO .
Si (Ci , Cj ) es una arista de GO , entonces en GC existe una arista (x, y) que es
común a las caras Ci y Cj . Como α ∈ Aut(GC ), entonces α preserva adyacencias,
ası́ (α(x), α(y)) es una arista en GC que además es común a las caras de GC con
conjuntos de vértices α(V (Ci )) y α(V (Cj )), esto implica que α
e(Ci ) y α
e(Cj ) son
adyacentes en GO .
Ahora, por el Lema 3 se tiene que α
e es un automorfismo de GO .
2. φ es inyectiva.
Primero veremos que φ es inyectiva. Sea α ∈ Kernel(φ), entonces φ(α) = α
e =
idAut(GO ) . Veremos que α = idAut(GC ) . Sea u un vértice de GC . Como GC es la gráfica
plana del cubo, entonces u pertenece a exactamente 3 caras de GC , digamos C1 , C2 , C3 .
Como α ∈ Aut(GC ), entonces α(u) pertenece a exactamente 3 caras de GC , a saber, las
que tienen como conjuntos de vértices a α(V (C1 )), α(V (C2 )) y α(V (C3 )); es decir α(u)
pertenece a las caras α
e(C1 ), α
e(C2 ) y α
e(C3 ). Como α
e = idAut(GO ) , entonces α
e(C1 ) = C1 ,
α
e(C2 ) = C2 y α
e(C3 ) = C3 . Ası́, u y α(u) son vértices que pertenecen a las mismas tres
caras de GC , pero recordemos que en el cubo, ası́ como en su gráfica plana, cualesquiera
tres caras a lo más tienen un solo vértice en común, por lo que α(u) = u. Concluı́mos
que α = idAut(GC ) . Por lo tanto φ es inyectiva.
3. φ es sobreyectiva.
4. Si α y β son elementos de Aut(GC ), entonces φ(α ◦ β) = φ(α) ◦ φ(β).
Por lo anterior concluimos que φ es un isomorfismo de grupos, es decir Aut(GC ) y Aut(GO )
son isomorfos.
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