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詹森多面体列表

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詹森多面体是指的所有都是正多边形顶点并非均匀的严格凸多面体。 即不是柏拉图立体、不是阿基米德立体、不是半正多面体、不是棱柱也不是反棱柱严格凸正多边形多面体。 1966年,诺曼·詹森发表了一份包含92种有以上性质的多面体列表,并给出了名称和编号,但他并未证明这种立体仅有92个,但猜想没有其他的这种立体。[1] 1969年,维克多·扎加勒(Victor Zalgaller)证明了詹森多面体仅有92个,也就是诺曼·詹森给出的多面体列表是完整的。[2]

另外,也可能构造出具有近似于正多边形面的凸多面体;或可以构造所有面都是正多边形但不要求严格凸的凸多面体。这些多面体被非正式地称为拟詹森多面体;它们的数量无法被确定,后者则有无穷多种。但后者如果加上一个“条件边”的条件,则可以确定其数量为78个,称为条件边正多边形凸多面体[3]。详细的这些立体可以参见条件边正多边形凸多面体列表[4]

下表列出了92种詹森多面体的各项重要性质与数值。每个表都允许按特定栏位的内容来做排序,以便依据特定属性或性质或詹森多面体的名称来进行排序。

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列表

下表列出詹森多面体的名称与展开图

更多信息 Jn, 名称 ...

说明:

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顶点、边、面和对称性

下表列出詹森多面体的顶点数、边数和面数,以及特定形状的面数。同时也列出了其对称性:

更多信息 Jn, 名称 ...

说明:

  • Jn – 詹森多面体编号
  • V – 顶点的数量
  • E – 的数量
  • F – (所有的面)的数量
  • Fn – 仅n边形的数量
  • F3~F10 – F3:面为三角形的面的数量、F4:面为正方形的面的数量……以此类推

其中,正四角锥J1)有最少的顶点(5个)、最少的边(8条)和最少的面(5个)。

三侧台塔截角十二面体英语Triaugmented truncated dodecahedronJ71具有最多的顶点(75个)和最多的边(135条)。 它的面数也是最多的(62个),其他还有单旋侧帐塔小斜方截半二十面体英语Gyrate rhombicosidodecahedronJ72对二旋侧台塔小斜方截半二十面体英语Parabigyrate rhombicosidodecahedronJ73邻二旋侧台塔小斜方截半二十面体英语Metabigyrate rhombicosidodecahedronJ74三旋侧台塔小斜方截半二十面体英语Trigyrate rhombicosidodecahedronJ75

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表面积

由于詹森多面体的所有面都是由正三角形、正方形、正五边形、正六边形、正八边形或正十边形所组成,代表著其面的边数仅会有3、4、5、6、8或10条,且为正多边形,因此这些正多边形面都会具有相同的边长a,因此詹森多面体的表面积A可由下式计算得到:

其中 Fn是上表中的多边形面数,且正n边形的面积An也可由下式计算得到:

在詹森多面体的例子中,组成其的正多边形仅有正三角形、正方形、正五边形、正六边形、正八边形或正十边形,而我们有正三角形的面积A3、正方形的面积A4、正五边形的面积A5、正六边形的面积A6、正八边形A8的面积和正十边形A10的面积公式:

因此可以得出下表的詹森多面体表面积。

更多信息 , ...

在固定边长的条件下,双三角锥J12表面积最小,而三侧台塔截角十二面体英语Triaugmented truncated dodecahedronJ71的表面积最大,两者相差40倍以上。

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体积

下表列出了詹森多面体的体积。在这个表格中,V代表体积(不是第一个表中的顶点数),而a代表边长。

表格的资料来源是沃尔夫勒姆研究公司Mathematica软体中提供的PolyhedronData[..., "Volume"]计算多面体体积的指令。

詹森多面体的体积也可以根据其顶点座标来计算出来。如果边长是固定的,那么所有92个詹森多面体的顶点座标就都是已知的。如此一来,就可以用此资讯来计算体积。概念上最简单的作法是:对要算体积的詹森多面体之表面做三角化,例如在每个非三角形面的中心添加一个额外的点,然后将之与该面的其他顶点连接构成多个三角形(并不是所有凸多面体都可以不添加额外顶点就完成三角剖分英语Triangulation (geometry)[5])。完成表面的三角化后选择一些内部点作为“原点”,这样就可以把表面的三角形与内部所选的点构造成不规则四面体。这些不规则四面体在多面体内部有一个顶点、在多面体表面有3个顶点,而詹森多面体的体积就是这些不规则四面体的体积总和。不规则四面体的体积可以透过公式计算。

更多信息 , ...

在固定边长的条件下,正四角锥J1双三角锥J12的体积最小;而三侧台塔截角十二面体英语Triaugmented truncated dodecahedronJ71的体积最大,比前者大超过390倍。

在92种詹森多面体中,有13种詹森多面体的体积V/a3无法表达为解析数。这些数值是以下多项式的最大实根。

更多信息 Jn, 多项式 ...
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内切球半径、中分球半径和外接球半径

下表列出了存在内切球、中分球和外接球之詹森多面体的各种球半径(内切球半径Ri中分球半径Rm或外接球半径Rc,不存在则不列出)与边长之比。

詹森多面体不一定有内切球、中分球和外接球。比方说,除非该詹森多面体的所有顶点都位于某个球面上,否则这个詹森多面体不会存在外接球。詹森多面体的对称性比正多面体低,因此很多詹森多面体不存在这些球体。只有正四角锥J1正五角锥J2这两个立体三种球都存在。

表格内容的资料来源是来自沃尔夫勒姆研究公司Mathematica软体提供的PolyhedronData[..., "Inradius"]PolyhedronData[..., "Midradius"]PolyhedronData[..., "Circumradius"]指令。 输出的数值已被化简过了。

更多信息 , ...
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参见

参考文献

外部链接

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