Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Удлиненная квадратная gyrobicupola ( J 37 ), А Джонсон твердого вещества
Этот пример из 24 равносторонних треугольников не является телом Джонсона, потому что он не выпуклый.
Этот пример с 24 квадратами не является твердым телом Джонсона, потому что он не является строго выпуклым (имеет двугранные углы 180 ° ).

В геометрии , А Джонсон твердое вещество является строго выпуклый многогранник каждая грань которого представляет собой правильный многоугольник . Не требуется, чтобы каждая грань была одним и тем же многоугольником или чтобы одни и те же многоугольники соединялись вокруг каждой вершины. Примером твердого тела Джонсона является квадратная пирамида с равносторонними сторонами ( J 1 ); у него 1 квадратная грань и 4 треугольных грани. Некоторые авторы требуют, чтобы твердое тело было неоднородным (т.е. не Платоновым , Архимедовым , однородной призмой или однородной антипризмой).), прежде чем они назовут его «твердым телом Джонсона».

Как и в любом строго выпуклом твердом теле, по крайней мере, три грани пересекаются в каждой вершине, а сумма их углов меньше 360 градусов. Поскольку правильный многоугольник имеет углы не менее 60 градусов, отсюда следует, что не более пяти граней пересекаются в любой вершине. Пятиугольная пирамида ( J 2 ) представляет собой пример , который имеет степень 5-вершину.

Хотя нет очевидного ограничения на то, что любой данный правильный многоугольник не может быть гранью тела Джонсона, оказывается, что грани тел Джонсона, которые не являются однородными (т. Е. Не платоново , архимедово твердое тело , однородная призма или однородная антипризма ) всегда имеет 3, 4, 5, 6, 8 или 10 сторон.

В 1966 году Норман Джонсон опубликовал список, в который вошли все 92 тела Джонсона (за исключением 5 Платоновых тел, 13 тел Архимеда, бесконечного множества однородных призм и бесконечного множества однородных антипризм), и дал им их имена и номера. Он не доказал, что их было только 92, но предположил, что других не было. Виктор Залгаллер в 1969 году доказал, что список Джонсона был полным.

Среди тел Джонсона удлиненная квадратная гиробикупола ( J 37 ), также называемая псевдоромбокубооктаэдром [1] , уникальна тем, что является локально однородной по вершинам: в каждой вершине есть 4 грани, и их расположение всегда одинаково: 3 квадрата и 1 треугольник. Однако он не является вершинно-транзитивным, поскольку имеет разную изометрию в разных вершинах, что делает его твердым телом Джонсона, а не архимедовым телом .

Имена [ править ]

Именование твердых тел Джонсона следует гибкой и точной описательной формуле, так что многие твердые тела могут быть названы по-разному без ущерба для их точности описания. Большинство тел Джонсона можно построить из нескольких первых тел ( пирамид , куполов и ротонды ) вместе с платоновыми и архимедовыми телами, призмами и антипризмами ; центр названия конкретного твердого вещества будет отражать эти ингредиенты. Оттуда к слову добавляется ряд префиксов, обозначающих добавления, вращения и преобразования:

  • Bi- указывает на то, что две копии рассматриваемого твердого тела соединены основанием к основанию. Для куполов и ротондов твердые тела могут быть соединены таким образом, что встречаются одинаковые грани ( орто- ) или разные грани ( гиро- ). Используя эту номенклатуру, октаэдр можно описать как квадратную бипирамиду , кубооктаэдр - как треугольную гиробикуполу , а икосододекаэдр - как пятиугольную гиробиротонду .
  • Удлиненный указывает на то, что призма присоединена к основанию рассматриваемого твердого тела или между основаниями в случае твердого би-твердого вещества. Ромбокубооктаэдр таким образом , может быть описан как удлиненный квадратным orthobicupola .
  • Гиро-удлинение указывает на то, что антипризма присоединена к основанию рассматриваемого твердого тела или между основаниями в случае би-твердых тел. Таким образом, икосаэдр можно описать как гировидную пятиугольную бипирамиду .
  • Расширенный указывает, что другой многогранник, а именно пирамида или купол , присоединен к одной или нескольким граням рассматриваемого твердого тела.
  • Уменьшение указывает на то, что пирамида или купол удалены с одной или нескольких граней рассматриваемого твердого тела.
  • Гират указывает на то, что купол, установленный на рассматриваемом твердом теле или представленный в нем, вращается так, что разные края совпадают, как в разнице между орто- и гиробикуполами.

Последние три операции - увеличение , уменьшение и вращение - могут выполняться несколько раз для некоторых крупных твердых тел. Bi- и Tri- обозначают двойную и тройную операцию соответственно. Например, твердое тело бигирата имеет два повернутых купола, а твердое тело, уменьшенное в три раза, имеет три удаленных пирамиды или купола.

В некоторых крупных твердых телах различают твердые тела, у которых измененные грани параллельны, и твердые тела, у которых измененные грани являются наклонными. Para- указывает на первое, что рассматриваемое твердое тело изменило параллельные грани, а Meta второе - на косые грани. Например, у парабиаугментированного твердого тела были увеличены две параллельные грани, а у метабигиратного твердого тела - две наклонные грани, повернутые по спирали.

Последние несколько тел Джонсона имеют названия, основанные на определенных комплексах многоугольников, из которых они собраны. Эти имена определены Джонсоном [2] со следующей номенклатурой:

  • Луночка представляет собой комплекс из двух треугольников , прикрепленных к противоположным сторонам квадрата.
  • Spheno - указывает на клиновидный комплекс, образованный двумя соседними лунками. Дисфено- указывает на два таких комплекса.
  • Hebespheno - указывает на тупой комплекс двух луночек, разделенных третьей луной.
  • Корона представляет собой короноподобный комплекс из восьми треугольников.
  • Мегакорона - это более крупный короноподобный комплекс из 12 треугольников.
  • Суффикс - cingulum обозначает пояс из 12 треугольников.

Перечисление [ править ]

Пирамиды, купола и ротонды [ править ]

Первые 6 тел Джонсона представляют собой пирамиды, купола или ротонды с не более чем 5 боковыми гранями. Пирамиды и купола с 6 или более боковыми гранями компланарны и, следовательно, не являются телами Джонсона.

Пирамиды [ править ]

Первые два тела Джонсона, J1 и J2, являются пирамидами . Треугольная пирамида является регулярным тетраэдр , так что не Джонсон твердого вещества. Они представляют собой сечения правильных многогранников.

Купола и ротонда [ править ]

Следующие четыре тела Джонсона - это три купола и одна ротонда . Они представляют собой сечения однородных многогранников.

Модифицированные пирамиды [ править ]

Твердые тела Джонсона с 7 по 17 являются производными пирамид.

Удлиненные и гировидные пирамиды [ править ]

В гиродлинной треугольной пирамиде три пары соседних треугольников компланарны и образуют неквадратные ромбы, поэтому это не твердое тело Джонсона.

Бипирамиды [ править ]

Площадь бипирамида является регулярным октаэдр , в то время как gyroelongated пятиугольной бипирамида является регулярным икосаэдр , поэтому они не являются Джонсон твердых веществ. В гиродлинной треугольной бипирамиде шесть пар соседних треугольников компланарны и образуют неквадратные ромбы, так что это также не твердое тело Джонсона.

Изменены купола и ротонды [ править ]

Твердые тела Джонсона с 18 по 48 происходят от куполов и ротондов.

Вытянутые и гировидные купола и ротонды [ править ]

Bicupolae [ править ]

Треугольная гиробикупола - это архимедово твердое тело (в данном случае кубооктаэдр ), поэтому это не твердое тело Джонсона.

Купола-ротонды и биротонды [ править ]

Пятиугольная гиробиротонда - это архимедово твердое тело (в данном случае икосододекаэдр ), поэтому это не твердое тело Джонсона.

Удлиненные двуполые [ править ]

Вытянутая квадратная ортобикупола представляет собой архимедово твердое тело (в данном случае ромбокубооктаэдр ), поэтому это не твердое тело Джонсона.

Вытянутые купола-ротонды и биротонды [ править ]

Гиро-удлиненные двупольные, купола-ротонда и биротонда [ править ]

Эти твердые вещества Джонсона имеют 2 хиральные формы.

Увеличенные призмы [ править ]

Твердые тела Джонсона с 49 по 57 построены путем добавления сторон призм квадратных пирамид.

Модифицированные Платоновы тела [ править ]

Твердые тела Джонсона с 58 по 64 строятся путем увеличения или уменьшения количества Платоновых тел.

Дополненные додекаэдры [ править ]

Уменьшенные и увеличенные уменьшенные икосаэдры [ править ]

Модифицированные тела Архимеда [ править ]

Твердые тела Джонсона 65-83 построены путем увеличения, уменьшения или вращения архимедовых тел.

Дополненные архимедовы тела [ править ]

Гират и уменьшенные ромбикосододекаэдры [ править ]

J37 также может появиться здесь как дубликат (это круговой ромбокубооктаэдр).

Другие вращающиеся и уменьшенные архимедовы тела [ править ]

Другие архимедовы твердые тела могут вращаться и уменьшаться, но все они приводят к ранее подсчитанным твердым телам.

Элементарные тела [ править ]

Твердые тела Джонсона с 84 по 92 не получены в результате манипуляций с однородными твердыми телами "разрезать и вставить" .

Курносые антипризмы [ править ]

В Snub антипризм может быть построена как чередование усеченного антипризмы. Гиробиантикуполы - еще одна конструкция курносых антипризм. Только курносые антипризмы с не более чем четырьмя сторонами могут быть построены из правильных многоугольников. Курносая треугольная антипризма - это правильный икосаэдр , поэтому это не твердое тело Джонсона.

Другое [ править ]

Классификация по типам лиц [ править ]

Треугольные тела Джонсона [ править ]

Пять тел Джонсона - это дельтаэдры , у которых все грани равностороннего треугольника:

Треугольники и прямоугольные тела Джонсона [ править ]

Двадцать четыре тела Джонсона имеют только треугольные или квадратные грани:

Треугольники и пятиугольные тела Джонсона [ править ]

Одиннадцать тел Джонсона имеют только треугольные и пятиугольные грани:

Треугольные, квадратные и пятиугольные тела Джонсона [ править ]

Двадцать тел Джонсона имеют только треугольные, квадратные и пятиугольные грани:

Треугольные, квадратные и шестиугольные тела Джонсона [ править ]

Восемь тел Джонсона имеют только треугольные, квадратные и шестиугольные грани:

Треугольные, квадратные и восьмиугольные тела Джонсона [ править ]

Пять тел Джонсона имеют только треугольные, квадратные и восьмиугольные грани:

Треугольники, пятиугольники и тела Джонсона с десятиугольными гранями [ править ]

Два тела Джонсона имеют только треугольные, пятиугольные и десятиугольные грани:

Треугольники, квадраты, пятиугольники и шестиугольные тела Джонсона [ править ]

Только одно тело Джонсона имеет треугольные, квадратные, пятиугольные и шестиугольные грани:

Треугольники, квадраты, пятиугольники и десятиугольные тела Джонсона [ править ]

Шестнадцать тел Джонсона имеют только треугольные, квадратные, пятиугольные и десятиугольные грани:

Объявляемые твердые тела Джонсона [ править ]

25 тел Джонсона имеют вершины на поверхности сферы : 1–6,11,19,27,34,37,62,63,72–83. Все они связаны с правильным или однородным многогранником путем вращения, уменьшения или рассечения. [3]

См. Также [ править ]

  • Почти мисс Джонсон солид
  • Каталонский твердый
  • Тороидальный многогранник

Ссылки [ править ]

  • Джонсон, Норман У. (1966). «Выпуклые тела с правильными гранями». Канадский математический журнал . 18 : 169–200. DOI : 10.4153 / cjm-1966-021-8 . ISSN  0008-414X . Zbl  0132.14603 . Содержит исходное перечисление 92 тел и гипотезу о том, что других нет.
  • Залгаллер, Виктор А. (1967). «Выпуклые многогранники с правильными гранями». Зап. Научн. Семин. Ленингр. Отд. Мат. Inst. Стеклова . 2 : 1–221. ISSN  0373-2703 . Zbl  0165.56302 .Первое доказательство того, что тел Джонсона всего 92. Английский перевод: Залгаллер, Виктор А. (1969). «Выпуклые многогранники с правильными гранями». Семинары по математике, В. А. Стеклов Матем. Ин-т, Ленинград . Бюро консультантов. 2 . ISSN 0080-8873 . Zbl 0177.24802 .  
  • Энтони Пью (1976). Многогранники: визуальный подход . Калифорния: Калифорнийский университет Press в Беркли. ISBN 0-520-03056-7. Глава 3 Дальнейшие выпуклые многогранники
  1. ^ GWH. «Псевдо ромбокубооктаэдры» . www.georgehart.com . Проверено 17 апреля 2018 года .
  2. ^ Джордж Харт (цитируя Джонсона) (1996). «Джонсон Солидс» . Виртуальные многогранники . Проверено 5 февраля 2014 .
  3. ^ Клитцинг, д - р Ричард. «Джонсон солидс и др.» . bendwavy.org . Проверено 17 апреля 2018 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Ганьон, Сильвен (1982). « Выпуклые многогранники с правильными гранями » [Выпуклые многогранники с правильными гранями] (PDF) . Структурная топология (6): 83–95.
  • Бумажные модели многогранников Многие ссылки
  • Johnson Solids Джорджа У. Харта.
  • Изображения всех 92 твердых тел, распределенные по категориям, на одной странице
  • Вайсштейн, Эрик В. «Джонсон Солид» . MathWorld .
  • VRML-модели Johnson Solids от Джима Макнила
  • VRML модели тел Джонсона Владимира Булатова
  • Проект открытия полихоры CRF пытается обнаружить полихору CRF , обобщение твердых тел Джонсона в 4-мерном пространстве.
  • https://levskaya.github.io/polyhedronisme/ генератор многогранников и примененные к ним операции Конвея , включая твердые тела Джонсона.