Русская Википедия:Архимедово тело

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Кратное изображение

Архиме́дово те́ло (или архиме́дов многогра́нник) — выпуклый многогранник, имеющий в качестве граней два или более типов правильных многоугольников, примыкающих к идентичным вершинам. Здесь «идентичные вершины» означают, что для любых двух вершин существует изометрия всего тела, переводящая одну вершину в другую.

Архимедовы тела отличаются от платоновых тел (правильных многогранников), которые состоят только из одного типа многоугольников в одинаковых вершинах, и от многогранников Джонсона, правильные многоугольные грани которого принадлежат различным типам вершин.

Иногда только требуется, чтобы грани, прилегающие к одной вершине, были изометричными граням при другой вершине. Эта разница в определениях определяет, считается ли удлинённый квадратный гиробикупол (псевдоШаблон:ShyромбоШаблон:ShyкубоШаблон:Shyоктаэдр) архимедовым телом или многогранником Джонсона — это единственный выпуклый многогранник, в котором многоугольные грани примыкают к вершине одним и тем же способом в каждой вершине, но многогранник не имеет глобальную симметрию, которая бы переводила любую вершину в любую другую. Основываясь на существовании псевдоШаблон:ShyромбоШаблон:ShyкубоШаблон:Shyоктаэдра, ГрюнбаумШаблон:Sfn предложил терминологическое различие, в котором архимедово тело определяется как имеющее одну и ту же вершинную фигуру в каждой вершине (включая удлинённый квадратный гиробикупол), в то время как однородный многогранник определяется как тело, у которого любая вершина симметрична любой другой (что исключает гиробикупол).

Призмы и антипризмы, группами симметрий которых являются диэдрические группы, обычно не считаются архимедовыми телами, несмотря на то, что они подпадают под определение, данное выше. С этим ограничением существует только конечное число архимедовых тел. Все тела, кроме удлинённого квадратного гирокупола, можно получить построениями Витхоффа из платоновых тел с помощью тетраэдральной, Шаблон:Не переведено 5 и икосаэдральной симметрий.

Источник названия

Архимедовы тела названы по имени Архимеда, обсуждавшего их в ныне потерянной работе. Папп ссылается на эту работу и утверждает, что Архимед перечислил 13 многогранниковШаблон:Sfn. Во времена Возрождения художники и математики ценили чистые формы и переоткрыли их все. Эти исследования были почти полностью закончены около 1620 года Иоганном КеплеромШаблон:Sfn, который определил понятия призм, антипризм и невыпуклых тел, известных как тела Кеплера — Пуансо.

Кеплер, возможно, нашёл также удлинённый квадратный гиробикупол (псевдоромбокубооктаэдр) — по меньшей мере, он утверждал, что имеется 14 архимедовых тел. Однако его опубликованные перечисления включают только 13 однородных многогранников, и первое ясное утверждение о существовании псевдоромбоикосаэдра было сделано в 1905 Шаблон:Не переведено 5Шаблон:Sfn.

Классификация

Существует 13 архимедовых тел (не считая удлинённого квадратного гиробикупола; 15, если учитывать зеркальные отражения двух энантиоморфов, которые ниже перечислены отдельно).

Здесь вершинная конфигурация относится к типам правильных многоугольников, которые примыкают к вершине. Например, вершинная конфигурация (4,6,8) означает, что квадрат, шестиугольник и восьмиугольник встречаются в вершине (порядок перечисления берётся по часовой стрелке относительно вершины).

Название
(Альтернативное название)
Шлефли
Коксетер
Прозрачный Непрозрачный Развёртка Вершинная
фигура
Граней Рёбер Вершин Объём
(при единич-
ном ребре)
Группа
точек
Усечённый тетраэдр {3,3}
Шаблон:CDD
Усечённый тетраэдр
(Вращение)
Файл:Truncated tetrahedron.png Файл:Truncated tetrahedron flat.svg 3.6.6
Файл:Truncated tetrahedron vertfig.png
8 4 треугольника
4 шестиугольника
18 12 2.710576 Td
Кубооктаэдр
(ромботетраэдр)
r{4,3} или rr{3,3}
Шаблон:CDD или Шаблон:CDD
кубооктаэдр
(Вращение)
Файл:Cuboctahedron.png Файл:Cuboctahedron flat.svg 3.4.3.4
Файл:Cuboctahedron vertfig.png
14 8 Треугольников
6 квадратов
24 12 2.357023 Oh
Усечённый куб t{4,3}
Шаблон:CDD
Усечённый шестигранник
(Вращение)
Файл:Truncated hexahedron.png Файл:Truncated hexahedron flat.svg 3.8.8
Файл:Truncated cube vertfig.png
14 8 треугольников
6 восьмиугольников
36 24 13.599663 Oh
Усечённый октаэдр
(усечённый тетратераэдр)
t{3,4} или tr{3,3}
Шаблон:CDD или Шаблон:CDD
Усечённый октаэдр

(Вращение)

Файл:Truncated octahedron.png Файл:Truncated octahedron flat.png 4.6.6
Файл:Truncated octahedron vertfig.png
14 6 квадратов
8 шестиугольников
36 24 11.313709 Oh
Ромбокубооктаэдр
(малый ромбокубооктаэдр)
rr{4,3}
Шаблон:CDD
Ромбокубооктаэдр
(Вращение)
Файл:Small rhombicuboctahedron.png Файл:Rhombicuboctahedron flat.png 3.4.4.4
Файл:Small rhombicuboctahedron vertfig.png
26 8 треугольников
18 квадратов
48 24 8.714045 Oh
Усечённый кубооктаэдр
(большой ромбокубооктаэдр)
tr{4,3}
Шаблон:CDD
Усечённый кубооктаэдр
(Вращение)
Файл:Great rhombicuboctahedron.png Файл:Truncated cuboctahedron flat.svg 4.6.8
Файл:Great rhombicuboctahedron vertfig.png
26 12 квадратов
8 шестиугольников
6 восьмиугольников
72 48 41.798990 Oh
Курносый куб, или плосконосый куб
(плосконосый кубоктаэдр)
sr{4,3}
Шаблон:CDD
Плосконосый шестигранник (Ccw)
(Вращение)
Файл:Snub hexahedron.png Файл:Snub cube flat.svg 3.3.3.3.4
Файл:Snub cube vertfig.png
38 32 треугольника
6 квадратов
60 24 7.889295 O
Икосододекаэдр r{5,3}
Шаблон:CDD
Икосододекаэдр
(Вращение)
Файл:Icosidodecahedron.png Файл:Icosidodecahedron flat.svg 3.5.3.5
Файл:Icosidodecahedron vertfig.png
32 20 треугольников
12 пятиугольников
60 30 13.835526 Ih
Усечённый додекаэдр t{5,3}
Шаблон:CDD
Усечённый додекаэдр
(Вращение)
Файл:Truncated dodecahedron.png Файл:Truncated dodecahedron flat.png 3.10.10
Файл:Truncated dodecahedron vertfig.png
32 20 треугольников
12 десятиугольников
90 60 85.039665 Ih
Усечённый икосаэдр t{3,5}
Шаблон:CDD
Усечённый икосаэдр
(Вращение)
Файл:Truncated icosahedron.png Файл:Truncated icosahedron flat-2.svg 5.6.6
Файл:Truncated icosahedron vertfig.png
32 12 пятиугольников
20 шестиугольников
90 60 55.287731 Ih
Ромбоикосододекаэдр
(малый ромбоикосододекаэдр)
rr{5,3}
Шаблон:CDD
Ромбоикосододекаэдр
(Вращение)
Файл:Small rhombicosidodecahedron.png Файл:Rhombicosidodecahedron flat.png 3.4.5.4
Файл:Small rhombicosidodecahedron vertfig.png
62 20 треугольников
30 квадратов
12 пятиугольников
120 60 41.615324 Ih
Ромбоусечённый икосододекаэдр tr{5,3}
Шаблон:CDD
Ромбоусечённый икосододекаэдр
(Вращение)
Файл:Great rhombicosidodecahedron.png Файл:Truncated icosidodecahedron flat.svg 4.6.10
Файл:Great rhombicosidodecahedron vertfig.png
62 30 квадратов
20 шестиугольников
12 десятиугольников
180 120 206.803399 Ih
Плосконосый додекаэдр
(плосконосый икосододекаэдр)
sr{5,3}
Шаблон:CDD
Плосконосый додекаэдр (Ccw)
(Вращение)
Файл:Snub dodecahedron ccw.png Файл:Snub dodecahedron flat.svg 3.3.3.3.5
Файл:Snub dodecahedron vertfig.png
92 80 треугольников
12 пятиугольников
150 60 37.616650 I

Некоторые определения полуправильных многогранников включают ещё одно тело — удлинённый квадратный гиробикупол или «псевдоромбокубооктаэдр»Шаблон:Sfn.

Свойства

Число вершин равно отношению 720° к угловому дефекту при вершине.

Кубоктаэдр и икосододекаэдр являются Шаблон:Не переведено 5 и называются квазиправильными.

Двойственные многогранники архимедовых тел называются каталановыми телами. Вместе с бипирамидами и трапецоэдрами они являются однородными по граням телами с правильными вершинами.

Хиральность

Плосконосый куб и плосконосый додекаэдр хиральны, поскольку они появляются в левостороннем и правостороннем вариантах. Если что-то имеет несколько видов, которые являются трёхмерным зеркальным отражением друг друга, эти формы называют энантиоморфами (это название применяется также для некоторых форм химических соединений).

Построение архимедовых тел

Шаблон:Further

Файл:Polyhedron truncation example3.png
Архимедовы тела могут быть построены с помощью положения генератора в калейдоскопе

Различные архимедовы и платоновы тела могут быть получены друг из друга с помощью пригоршни операций. Начиная с платоновых тел можно использовать операцию усечения углов. Для сохранения симметрии усечение делается плоскостью, перпендикулярной прямой, соединяющей угол с центром многоугольника. В зависимости от того, насколько глубоко проводится усечение (см. таблицу ниже), получим различные платоновы и архимедовы (и другие) тела. Растяжение или скашивание осуществляется путём движения граней (в направлении) от центра (на одно и то же расстояние, чтобы сохранить симметрию) и созданием, затем, выпуклой оболочки. Расширение с поворотом осуществляется также вращением граней, это ломает прямоугольники, возникающие на местах рёбер, на треугольники. Последнее построение, которое мы здесь приводим, это усечение как углов, так и рёбер. Если игнорировать масштабирование, расширение можно также рассматривать как усечение углов и рёбер, но с определённым отношением между усечениями углов и рёбер. Шаблон:-

Построение архимедовых тел
Симметрия Тетраэдральная
Файл:Tetrahedral reflection domains.png
Шаблон:Не переведено 5
Файл:Octahedral reflection domains.png
Икосаэдральная
Файл:Icosahedral reflection domains.png
Начальное тело
Операция
Символ
{p, q}
Шаблон:CDD
Тетраэдр
{3,3}
Файл:Uniform polyhedron-33-t0.png
Куб
{4,3}
Файл:Uniform polyhedron-43-t0.png
Октаэдр
{3,4}
Файл:Uniform polyhedron-43-t2.png
Додекаэдр
{5,3}
Файл:Uniform polyhedron-53-t0.png
Икосаэдр
{3,5}
Файл:Uniform polyhedron-53-t2.png
Усечение (t) t{p, q}
Шаблон:CDD
Усечённый тетраэдр
Файл:Uniform polyhedron-33-t01.png
Усечённый куб
Файл:Uniform polyhedron-43-t01.png
Усечённый октаэдр
Файл:Uniform polyhedron-43-t12.png
Усечённый додекаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-t01.png
Усечённый икосаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-t12.png
Полное усечение (r)
Амвон (a)
r{p, q}
Шаблон:CDD
Тетратетраэдр
Файл:Uniform polyhedron-33-t1.png
Кубооктаэдр
Файл:Uniform polyhedron-43-t1.png
Икосододекаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-t1.png
Шаблон:Не переведено 5 (2t)
(dk)
2t{p, q}
Шаблон:CDD
Усечённый тетраэдр
Файл:Uniform polyhedron-33-t12.png
усечённый октаэдр
Файл:Uniform polyhedron-43-t12.png
усечённый куб
Файл:Uniform polyhedron-43-t01.png
усечённый икосаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-t12.png
усечённый додекаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-t01.png
Двойное полное усечение (2r)
Двойственный (d)
2r{p, q}
Шаблон:CDD
тетраэдр
Файл:Uniform polyhedron-33-t2.png
октаэдр
Файл:Uniform polyhedron-43-t2.png
куб
Файл:Uniform polyhedron-43-t0.png
икосаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-t2.png
додекаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-t0.png
Скашивание (rr)
Растяжение (e)
rr{p, q}
Шаблон:CDD
Кубооктаэдр
Файл:Uniform polyhedron-33-t02.png
Ромбокубооктаэдр
Файл:Uniform polyhedron-43-t02.png
ромбоикосододекаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-t02.png
Плосконосое спрямление (sr)
Спрямление (s)
sr{p, q}
Шаблон:CDD
плосконосый тетратетраэдр
Файл:Uniform polyhedron-33-s012.png
плосконосый куб
Файл:Uniform polyhedron-43-s012.png
плосконосый икосододекаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-s012.png
Шаблон:Не переведено 5 (tr)
Скашивание (b)
tr{p, q}
Шаблон:CDD
Усечённый октаэдр
Файл:Uniform polyhedron-33-t012.png
Усечённый кубооктаэдр
Файл:Uniform polyhedron-43-t012.png
Ромбоусечённый икосододекаэдр
Файл:Uniform polyhedron-53-t012.png

Заметим двойственность между кубом и октаэдром и между додекаэдром и икосаэдром. Также, частично вследствие самодвойственности тетраэдра, только одно архимедово тело имеет только одну тетраэдральную симметрию.

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Ссылки

Шаблон:Rq

Шаблон:Многогранники