В геометрии , архимедов твердое вещества является одним из 13 твердых веществ , перечисленных первый Архимедом . Они представляют собой выпуклые однородные многогранники, состоящие из правильных многоугольников, соединяющихся в одинаковых вершинах , за исключением пяти Платоновых тел (которые состоят только из одного типа многоугольника) и за исключением призм и антипризм . Они отличаются от тел Джонсона , правильные многоугольные грани которых не пересекаются в одинаковых вершинах.
«Идентичные вершины» означает, что каждые две вершины симметричны друг другу: глобальная изометрия всего твердого тела переводит одну вершину в другую, при этом твердое тело укладывается непосредственно в исходное положение. Бранко Грюнбаум ( 2009 ) заметил, что 14-й многогранник, удлиненная квадратная гиробикупола(или псевдоромбокубооктаэдр), соответствует более слабому определению архимедова твердого тела, в котором «идентичные вершины» означают просто, что грани, окружающие каждую вершину, имеют одинаковый тип (т.е. каждая вершина выглядит одинаково с близкого расстояния), поэтому только требуется локальная изометрия. Грюнбаум указал на частую ошибку, когда авторы определяют архимедовы тела, используя это локальное определение, но опускают 14-й многогранник. Если нужно перечислить только 13 многогранников, определение должно использовать глобальные симметрии многогранника, а не локальные окрестности.
Призмы и антипризмы , группы симметрии которых являются группами диэдра , обычно не считаются архимедовыми телами, даже если их грани являются правильными многоугольниками, а их группы симметрии действуют транзитивно на их вершинах. Не считая этих двух бесконечных семейств, существует 13 архимедовых тел. Все архимедовы твердые тела (но не удлиненные квадратные гиробикуполы) могут быть созданы с помощью конструкций Wythoff из Платоновых тел с тетраэдрической , октаэдрической и икосаэдрической симметрией .
Происхождение имени [ править ]
Твердые тела Архимеда получили свое название от Архимеда , который обсуждал их в уже утраченной работе. Папп ссылается на это, утверждая, что Архимед перечислил 13 многогранников. [1] Во время Возрождения , художники и математики ценят чистые формы с высокой симметрией, и примерно на 1620 Johannes Kepler завершили повторное открытие 13 многогранников, [2] , а также определение призмы , антипризмы и невыпуклые твердые известные как многогранники Кеплера-Пуансо . (См. Schreiber, Fischer & Sternath, 2008 г. для получения дополнительной информации о повторном открытии архимедовых тел в эпоху Возрождения.)
Кеплер, возможно, также нашел продолговатую квадратную гиробикуполу (псевдоромбокубооктаэдр): по крайней мере, он однажды заявил, что существует 14 архимедовых тел. Однако его опубликованное перечисление включает только 13 однородных многогранников, а первое четкое заявление о существовании псевдоромбокубооктаэдра было сделано в 1905 году Дунканом Соммервиллем . [1]
Классификация [ править ]
Всего существует 13 архимедовых тел (не считая вытянутой квадратной гиробикуполы ; 15, если зеркальные изображения двух энантиоморфов , курносого куба и курносого додекаэдра, считаются отдельно).
Здесь конфигурация вершины относится к типу правильных многоугольников, которые встречаются в любой данной вершине. Например, конфигурация вершины (4,6,8) означает, что квадрат , шестиугольник и восьмиугольник пересекаются в вершине (с порядком вращения вокруг вершины по часовой стрелке).
| Имя / (альтернативное имя) | Schläfli Coxeter | Прозрачный | Твердый | Сеть | Vertex conf. / рис. | Лица | Края | Верт. | Объем (края блока) | Группа точек | Сферичность | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| усеченный тетраэдр | т {3,3}   | 3.6.6 | 8 | 4 треугольника 4 шестиугольника | 18 | 12 | 2,710 576 | Т д | 0,775 4132 | |||
| кубооктаэдр (rhombitetratetrahedron, треугольная гиробикупола) | r {4,3} или rr {3,3} или же | 3.4.3.4 | 14 | 8 треугольников 6 квадратов | 24 | 12 | 2,357 023 | О ч | 0,904 9972 | |||
| усеченный куб | т {4,3} | 3.8.8 | 14 | 8 треугольников 6 восьмиугольников | 36 | 24 | 13,599 663 | О ч | 0,849 4937 | |||
| усеченный октаэдр (усеченный тетратраэдр) | t {3,4} или tr {3,3} или же | 4.6.6 | 14 | 6 квадратов 8 шестиугольников | 36 | 24 | 11,313 709 | О ч | 0,909 9178 | |||
| ромбокубооктаэдр (малый ромбокубооктаэдр, удлиненный квадратный ортобикупола) | рр {4,3} | 3.4.4.4 | 26 год | 8 треугольников 18 квадратов | 48 | 24 | 8,714 045 | О ч | 0,954 0796 | |||
| усеченный кубооктаэдр (большой ромбокубооктаэдр ) | tr {4,3} | 4.6.8 | 26 год | 12 квадратов 8 шестиугольников 6 восьмиугольников | 72 | 48 | 41,798 990 | О ч | 0,943 1657 | |||
| курносый куб (курносый кубооктаэдр) | sr {4,3} | 3.3.3.3.4 | 38 | 32 треугольника 6 квадратов | 60 | 24 | 7,889 295 | О | 0,965 1814 | |||
| икосододекаэдр (пятиугольная гиробиротонда) | г {5,3} | 3.5.3.5 | 32 | 20 треугольников 12 пятиугольников | 60 | 30 | 13,835 526 | Я ч | 0,951 0243 | |||
| усеченный додекаэдр | т {5,3} | 3.10.10 | 32 | 20 треугольников 12 декагонов | 90 | 60 | 85 039 665 | Я ч | 0,926 0125 | |||
| усеченный икосаэдр | т {3,5} | 5.6.6 | 32 | 12 пятиугольников 20 шестиугольников | 90 | 60 | 55 287 731 | Я ч | 0,966 6219 | |||
| ромбоикосододекаэдр (малый ромбоикосододекаэдр) | рр {5,3} | 3.4.5.4 | 62 | 20 треугольников 30 квадратов 12 пятиугольников | 120 | 60 | 41,615 324 | Я ч | 0,979 2370 | |||
| усеченный икосододекаэдр (большой ромбоикосододекаэдр) | tr {5,3} | 4.6.10 | 62 | 30 квадратов 20 шестиугольников 12 декагонов | 180 | 120 | 206.803 399 | Я ч | 0,970 3127 | |||
| курносый додекаэдр (курносый икосододекаэдр) | ср {5,3} | 3.3.3.3.5 | 92 | 80 треугольников 12 пятиугольников | 150 | 60 | 37,616 650 | я | 0,982 0114 | |||
Некоторые определения полуправильного многогранника включают еще одну фигуру, вытянутую квадратную гиробикуполу или «псевдоромбокубооктаэдр». [3]
Свойства [ править ]
Число вершин составляет 720 °, деленное на дефект угла при вершине .
Кубооктаэдр и икосододекаэдр однородны по ребрам и называются квазирегулярными .
В двойственные Архимеда твердых веществ называются твердые частицы Каталонский . Вместе с бипирамидами и трапецоэдрами это однородные по граням тела с правильными вершинами.
Хиральность [ править ]
Курносый куб и курносый додекаэдр известны как киральные , поскольку они бывают левосторонней (лат. Левоморф или левоморф) и правосторонней формы (лат. Декстроморф). Когда что-то присутствует в нескольких формах, которые являются трехмерным зеркальным отображением друг друга , эти формы можно назвать энантиоморфами. (Эта номенклатура также используется для форм некоторых химических соединений .)
Построение архимедовых тел [ править ]
Различные архимедовы и платоновы тела могут быть связаны друг с другом с помощью нескольких общих конструкций. Начиная с платоновского твердого тела, усечение включает срезание углов. Для сохранения симметрии разрез выполняется в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей угол с центром многогранника, и одинаков для всех углов. В зависимости от того, насколько усечено (см. Таблицу ниже), могут быть созданы разные Платоновы и Архимедовы (и другие) твердые тела. Если усечение достаточно глубокое, так что каждая пара граней из соседних вершин разделяет ровно одну точку, это называется исправлением. Расширение или cantellation, включает перемещение каждой грани от центра (на такое же расстояние, чтобы сохранить симметрию Платонова тела) и взятие выпуклой оболочки. Расширение со скручиванием также включает поворот граней, таким образом, каждый прямоугольник, соответствующий краю, разбивается на два треугольника по одной из диагоналей прямоугольника. Последняя конструкция, которую мы здесь используем, - это усечение углов и краев. Игнорируя масштабирование, расширение также можно рассматривать как исправление исправления. Точно так же обрезание можно рассматривать как усечение исправления.
| Симметрия | Тетраэдр | Восьмигранный | Икосаэдр | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Запуск твердой операции | Символ {p, q}   | Тетраэдр {3,3} | Куб {4,3} | Октаэдр {3,4} | Додекаэдр {5,3} | Икосаэдр {3,5} |
| Усечение (t) | т {р, д} | усеченный тетраэдр | усеченный куб | усеченный октаэдр | усеченный додекаэдр | усеченный икосаэдр |
| Ректификация (r) Амбо (a) | г {р, д} | тетратетраэдр (октаэдр) | кубооктаэдр | икосододекаэдр | ||
| Bitruncation (2t) Dual кис (dk) | 2t {p, q} | усеченный тетраэдр | усеченный октаэдр | усеченный куб | усеченный икосаэдр | усеченный додекаэдр |
| Биректификация (2r) Двойная (d) | 2r {p, q} | тетраэдр | октаэдр | куб | икосаэдр | додекаэдр |
| cantellation (rr) Расширение (e) | рр {р, q} | ромбитетратраэдр (кубооктаэдр) | ромбокубооктаэдр | ромбикосододекаэдр | ||
| Курчавый выпрямленный (sr) Курносый (s) | sr {p, q} | курносый тетратетраэдр (икосаэдр) | курносый кубооктаэдр | курносый икосододекаэдр | ||
| Cantitruncation (tr) Bevel (b) | tr {p, q} | усеченный тетратетраэдр (усеченный октаэдр) | усеченный кубооктаэдр | усеченный икосододекаэдр | ||
Обратите внимание на двойственность между кубом и октаэдром, а также между додекаэдром и икосаэдром. Кроме того, частично из-за того, что тетраэдр самодуальный, только одно архимедово твердое тело имеет не более тетраэдрической симметрии. (Все Платоновы тела имеют как минимум тетраэдрическую симметрию, поскольку тетраэдрическая симметрия является операцией симметрии (т.е. включена в) октаэдрической и изоэдрической симметрий, что демонстрируется тем фактом, что октаэдр можно рассматривать как выпрямленный тетраэдр, а икосаэдр может использоваться как курносый тетраэдр.)
См. Также [ править ]
- Апериодическая мозаика
- Архимедов граф
- Икосаэдрические близнецы
- Список равномерных многогранников
- Куб принца Руперта # Обобщения
- Квазикристалл
- Правильный многогранник
- Полуправильный многогранник
- Тороидальный многогранник
- Равномерный многогранник
Цитаты [ править ]
- ^ а б Грюнбаум (2009) .
- ↑ Филд Дж., Новое открытие архимедовых многогранников: Пьеро делла Франческа, Лука Пачоли, Леонардо да Винчи, Альбрехт Дюрер, Даниэле Барбаро и Иоганнес Кеплер, Архив истории точных наук , 50 , 1997, 227
- ^ Малькевич (1988) , стр. 85
Общие ссылки [ править ]
- Грюнбаум, Бранко (2009), «Постоянная ошибка», Elemente der Mathematik , 64 (3): 89–101, DOI : 10.4171 / EM / 120 , MR 2520469. Перепечатано в Pitici, Mircea, ed. (2011), The Best Writing on Mathematics 2010 , Princeton University Press, стр. 18–31..
- Джаятилаке, Удая (март 2005 г.). «Вычисления на правильных многогранниках с гранями и вершинами». Математический вестник . 89 (514): 76–81..
- Малькевич, Джозеф (1988), «Вехи в истории многогранников», в Senechal, M .; Флек, Г. (ред.), Формирование пространства: многогранный подход , Бостон: Birkhäuser, стр. 80–92..
- Пью, Энтони (1976). Многогранники: визуальный подход . Калифорния: Калифорнийский университет Press в Беркли. ISBN 0-520-03056-7. Глава 2
- Уильямс, Роберт (1979). Геометрическая основа естественной структуры: первоисточник дизайна . ISBN Dover Publications, Inc. 0-486-23729-X. (Раздел 3-9)
- Шрайбер, Питер; Фишер, Гизела; Стернат, Мария Луиза (2008). «Новый взгляд на повторное открытие архимедовых тел в эпоху Возрождения». Архив истории точных наук . 62 (4): 457–467. DOI : 10.1007 / s00407-008-0024-z . ISSN 0003-9519 ..
Внешние ссылки [ править ]
- Вайсштейн, Эрик В. «Архимедово твердое тело» . MathWorld .
- Архимед Solids по Эрику В. Weisstein , Wolfram Demonstrations проект .
- Бумажные модели архимедовых тел и каталонских тел
- Свободные бумажные модели (сети) архимедовых тел
- Однородные многогранники , доктор Р. Мэдер.
- Архимедовы тела в визуальных многогранниках Дэвид И. МакКуи
- Многогранники виртуальной реальности , Энциклопедия многогранников Джорджа У. Харта
- Предпоследнее модульное оригами , Джеймс С. Планк
- Интерактивные трехмерные многогранники в Java
- Solid Body Viewer - это интерактивная программа просмотра трехмерных многогранников, которая позволяет сохранять модель в формате svg, stl или obj.
- Stella: Polyhedron Navigator : Программное обеспечение, используемое для создания многих изображений на этой странице.
- Бумажные модели архимедовых (и других) многогранников
| vтеАрхимед | |
|---|---|
| Письменные работы |
|
| Находки и изобретения |
|
| Разное |
|
| |
Категория