Октаэдр - Octahedron

Правильный октаэдр
Octahedron.jpg
(Нажмите здесь, чтобы повернуть модель)
ТипПлатоново твердое тело
ЭлементыF = 8, E = 12
V = 6 (χ = 2)
Лица по сторонам8{3}
Обозначение КонвеяО
в
Символы Шлефли{3,4}
г {3,3} или
Конфигурация лицаV4.4.4
Символ Wythoff4 | 2 3
Диаграмма КокстераCDel node.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node 1.png
СимметрияОчас, ДО Н.Э3, [4,3], (*432)
Группа вращенияО, [4,3]+, (432)
РекомендацииU05, C17, W2
Характеристикиобычный, выпуклыйдельтаэдр
Двугранный угол109,47122 ° = arccos (-13)
Октаэдр vertfig.png
3.3.3.3
(Фигура вершины )
Hexahedron.png
Куб
(двойственный многогранник )
Октаэдр flat.svg
Сеть
3D-модель правильного октаэдра.

В геометрия, октаэдр (множественное число: октаэдры) - это многогранник с восемью гранями, двенадцатью ребрами и шестью вершинами. Этот термин чаще всего используется для обозначения обычный октаэдр, а Платоново твердое тело состоит из восьми равносторонние треугольники, четыре из которых встречаются на каждом вершина.

Правильный октаэдр - это двойственный многогранник из куб. Это исправленный тетраэдр. Это квадрат бипирамида в любом из трех ортогональный ориентации. Это тоже треугольник антипризма в любой из четырех ориентаций.

Октаэдр - это трехмерный случай более общей концепции кросс-многогранник.

Правильный октаэдр - это 3 мяча в Манхэттен (1) метрика.

Правильный октаэдр

Размеры

Если длина ребра правильного октаэдра равна а, то радиус ограниченного сфера (тот, который касается октаэдра во всех вершинах)

и радиус вписанной сферы (касательная к каждой из граней октаэдра)

в то время как средний радиус, который касается середины каждого края, равен

Ортогональные проекции

В октаэдр имеет четыре специальных ортогональные проекции, по центру, на ребре, вершине, грани и по нормали к грани. Второй и третий соответствуют букве B2 и А2 Самолеты Кокстера.

Ортогональные проекции
В центреКрайЛицо
Нормальный
ВершинаЛицо
ИзображениеКуб t2 e.pngКуб t2 fb.png3-куб т2 B2.svg3-кубик t2.svg
Проективный
симметрия
[2][2][4][6]

Сферическая черепица

Октаэдр также можно представить в виде сферическая черепица, и проецируется на плоскость через стереографическая проекция. Эта проекция конформный, сохраняя углы, но не площади или длины. Прямые линии на сфере проецируются как дуги окружности на плоскость.

Равномерная черепица 432-t2.pngOctahedron Stereographic projection.svg
Ортографическая проекцияСтереографическая проекция

Декартовы координаты

Октаэдр с длиной ребра 2 может быть размещен с центром в начале координат и вершинами на осях координат; то Декартовы координаты вершин тогда

( ±1, 0, 0 );
( 0, ±1, 0 );
( 0, 0, ±1 ).

В Иксуz Декартова система координат, октаэдр с центром координаты (а, б, c) и радиус р - множество всех точек (Икс, у, z) такие, что

Площадь и объем

Площадь поверхности А и объем V правильного октаэдра реберной длины а находятся:

Таким образом, объем в четыре раза больше, чем у обычного тетраэдр с одинаковой длиной ребра, а площадь поверхности в два раза (потому что у нас 8, а не 4 треугольника).

Если октаэдр был растянут так, что он подчиняется уравнению

формулы для площади поверхности и объема расширяются, чтобы стать

Кроме того, тензор инерции вытянутого октаэдра равен

Они сводятся к уравнениям для правильного октаэдра, когда

Геометрические отношения

Октаэдр представляет собой центральное пересечение двух тетраэдров.

Интерьер сложный двух двойных тетраэдры октаэдр, и это соединение, называемое Stella Octangula, это его первая и единственная звездчатость. Соответственно, правильный октаэдр - это результат отсечения от правильного тетраэдра четырех правильных тетраэдров половинного линейного размера (т.е. исправление тетраэдр). Вершины октаэдра лежат в средних точках ребер тетраэдра, и в этом смысле он относится к тетраэдру так же, как кубооктаэдр и икосододекаэдр относятся к другим Платоновым телам. Также можно разделить ребра октаэдра в соотношении Золотая середина определить вершины икосаэдр. Это делается путем размещения векторов по краям октаэдра таким образом, чтобы каждая грань была ограничена циклом, а затем аналогичным образом разбивая каждое ребро на золотую середину в направлении его вектора. Есть пять октаэдров, которые определяют любой данный икосаэдр таким образом, и вместе они определяют регулярное соединение.

Октаэдры и тетраэдры можно чередовать, чтобы сформировать однородные по вершине, ребру и граням мозаика пространства, называется октет фермы к Бакминстер Фуллер. Это единственная такая мозаика, за исключением обычной мозаики кубики, и является одним из 28 выпуклые однородные соты. Другой - мозаика октаэдров и кубооктаэдр.

Октаэдр уникален среди Платоновых тел тем, что в каждой вершине встречается четное число граней. Следовательно, это единственный член этой группы, у которого есть зеркальные плоскости, которые не проходят ни через одну из граней.

Используя стандартную номенклатуру для Твердые тела Джонсона, октаэдр назовем квадратная бипирамида. Усечение двух противоположных вершин приводит к квадратный двустворчатый.

Октаэдр 4-связный, что означает, что нужно удалить четыре вершины, чтобы разъединить оставшиеся вершины. Это один из четырех 4-х соединенных симплициальный хорошо покрытый многогранники, что означает, что все максимальные независимые множества его вершин имеют одинаковый размер. Остальные три многогранника с этим свойством являются пятиугольная дипирамида, то курносый дисфеноид, и неправильный многогранник с 12 вершинами и 20 треугольными гранями.[1]

Октаэдр также может быть сгенерирован как трехмерный суперэллипсоид со всеми значениями, установленными на 1.

Равномерная окраска и симметрия

Есть 3 равномерные раскраски октаэдра, названного цветами треугольных граней, окружающих каждую вершину: 1212, 1112, 1111.

Октаэдр группа симметрии это Oчас, порядка 48, трехмерное гипероктаэдрическая группа. Эта группа подгруппы включить D3D (порядок 12) группа симметрии треугольного антипризма; D (порядок 16) группа симметрии квадрата бипирамида; и тd (порядок 24) группа симметрии выпрямленный тетраэдр. Эти симметрии можно подчеркнуть разной окраской лиц.

ИмяОктаэдрИсправленный тетраэдр
(Тетратетраэдр)
Треугольный антипризмаКвадрат бипирамидаРомбический фузил
Изображение
(Раскраска лица)
Однородный многогранник-43-t2.png
(1111)
Однородный многогранник-33-t1.png
(1212)
Тригональная антипризма.png
(1112)
Квадратная бипирамида.png
(1111)
Ромбическая бипирамида.png
(1111)
Диаграмма КокстераCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel узел h0.png = CDel node 1.pngCDel split1.pngCDel nodes.pngCDel узел h.pngCDel 2x.pngCDel узел h.pngCDel 6.pngCDel node.png
CDel узел h.pngCDel 2x.pngCDel узел h.pngCDel 3.pngCDel узел h.png
Узел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 4.pngCDel node.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.png
Символ Шлефли{3,4}г {3,3}с {2,6}
ср {2,3}
фут {2,4}
{ } + {4}
ftr {2,2}
{ } + { } + { }
Символ Wythoff4 | 3 22 | 4 32 | 6 2
| 2 3 2
СимметрияОчас, [4,3], (*432)Тd, [3,3], (*332)D3D, [2+,6], (2*3)
D3, [2,3]+, (322)
D, [2,4], (*422)D, [2,2], (*222)
Заказ482412
6
168

Сети

Он имеет одиннадцать аранжировок сети.

Двойной

Октаэдр - это двойственный многогранник к куб.

Двойной куб-Octahedron.svg

Если длина ребра октаэдра , то длина ребра двойственного куба .

Огранка

Униформа тетрагемигексаэдр это тетраэдрическая симметрия огранка правильного октаэдра, разделяющего край и расположение вершин. У него четыре треугольных грани и три центральных квадрата.

Однородный многогранник-33-t1.png
Октаэдр
Tetrahemihexahedron.png
Тетрагемигексаэдр

Неправильные октаэдры

Следующие многогранники комбинаторно эквивалентны правильному многограннику. Все они имеют шесть вершин, восемь треугольных граней и двенадцать ребер, которые однозначно соответствуют характеристикам правильного октаэдра.

  • Треугольный антипризмы: Две грани равносторонние, лежат на параллельных плоскостях и имеют общую ось симметрии. Остальные шесть треугольников равнобедренные.
  • Тетрагональный бипирамиды, в котором хотя бы один из экваториальных четырехугольников лежит на плоскости. Правильный октаэдр - это частный случай, когда все три четырехугольника представляют собой плоские квадраты.
  • Многогранник Шёнхардта, невыпуклый многогранник, который нельзя разбить на тетраэдры без введения новых вершин.
  • Октаэдр Брикара, невыпуклый самопересечение гибкий многогранник

Другие выпуклые октаэдры

В более общем смысле, октаэдром может быть любой многогранник с восемью гранями. Правильный октаэдр имеет 6 вершин и 12 ребер, минимум для октаэдра; неправильные октаэдры могут иметь до 12 вершин и 18 ребер.[2]Есть 257 топологически различных выпуклый октаэдры, исключая зеркальные изображения. Более конкретно, существует 2, 11, 42, 74, 76, 38, 14 для октаэдров с 6–12 вершинами соответственно.[3][4] (Два многогранника являются «топологически разными», если они имеют внутренне различное расположение граней и вершин, так что невозможно преобразовать один в другой, просто изменяя длину ребер или углы между ребрами или гранями.)

Некоторые более известные неправильные октаэдры включают следующее:

  • Гексагональная призма: Две грани параллельны правильным шестиугольникам; шесть квадратов связывают соответствующие пары граней шестиугольника.
  • Семиугольный пирамида: Одно лицо - семиугольник (обычно правильный), а остальные семь граней - треугольники (обычно равнобедренные). Не все треугольные грани могут быть равносторонними.
  • Усеченный тетраэдр: Четыре грани тетраэдра усечены, чтобы стать правильными шестиугольниками, и есть еще четыре грани равностороннего треугольника, где каждая вершина тетраэдра была усечена.
  • Тетрагональный трапецоэдр: Восемь граней совпадают воздушные змеи.

Октаэдра в физическом мире

Октаэдра в природе

Флюорит октаэдр.

Октаэдры в искусстве и культуре

Два идентично сформированных змеи рубика может аппроксимировать октаэдр.
  • Особенно в ролевые игры, это твердое тело известно как "d8", одно из наиболее распространенных многогранная игральная кость.
  • Если каждое ребро октаэдра заменить на одно-ом резистор, сопротивление между противоположными вершинами равно 1/2 ом, а между соседними вершинами 5/12 ом.[5]
  • Шесть музыкальных нот могут быть расположены на вершинах октаэдра таким образом, что каждое ребро представляет диаду согласных, а каждая грань представляет собой триаду согласных; видеть гексани.

Тетраэдрическая ферма

Каркас из повторяющихся тетраэдров и октаэдров был изобретен Бакминстер Фуллер в 1950-х годах, известный как космический каркас, обычно считается самой сильной структурой для сопротивления консоль стрессы.

Связанные многогранники

Правильный октаэдр можно дополнить до тетраэдр добавлением 4 тетраэдров на чередующихся гранях. Добавление тетраэдров ко всем 8 граням создает звездчатый октаэдр.

Триангулированный тетраэдр.pngСоединение двух тетраэдров.png
тетраэдрзвездчатый октаэдр

Октаэдр - один из семейства однородных многогранников, связанных с кубом.

Это также один из простейших примеров гиперсимплекс, многогранник, образованный некоторыми пересечениями гиперкуб с гиперплоскость.

Октаэдр топологически связан как часть последовательности правильных многогранников с Символы Шлефли {3,п}, переходя в гиперболическая плоскость.

Тетратетраэдр

Правильный октаэдр тоже можно считать исправленный тетраэдр - и может быть назван тетратраэдр. Это можно показать на двухцветной модели лица. При такой раскраске октаэдр имеет тетраэдрическая симметрия.

Сравните эту последовательность усечения между тетраэдром и его двойником:

Вышеупомянутые формы также могут быть реализованы как срезы, ортогональные длинной диагонали тессеракт. Если эта диагональ ориентирована вертикально с высотой 1, то первые пять слоев выше расположены на высоте р, 3/8, 1/2, 5/8, и s, куда р любое число в диапазоне 0 < р1/4, и s любое число в диапазоне 3/4s < 1.

Октаэдр как тетратраэдр существует в последовательности симметрий квазирегулярных многогранников и мозаик с конфигурации вершин (3.п)2, переходя от мозаики сферы к евклидовой плоскости и к гиперболической плоскости. С орбифолдная запись симметрия *п32 все эти мозаики Конструкции Wythoff в пределах фундаментальная область симметрии, с образующими точками в правом углу области.[6][7]

Тригональная антипризма

Как тригональная антипризма октаэдр относится к семейству гексагональной диэдральной симметрии.

Квадратная бипирамида

«Обычное» правое (симметричное) п-гональный бипирамиды:
ИмяДигональная бипирамидаТреугольная бипирамида (J12)Квадратная бипирамида (O)Пятиугольная бипирамида (J13)Гексагональная бипирамидаГептагональная бипирамидаВосьмиугольная бипирамидаЭннеагональная бипирамидаДесятиугольная бипирамида...Апейрогональная бипирамида
Многогранник изображениеТреугольная бипирамида.pngКвадратная бипирамида.pngPentagonale bipiramide.pngГексагонал бипирамид.pngГептагональная бипирамида.pngВосьмиугольная бипирамида.pngЭннеагональная бипирамида.pngДесятиугольная бипирамида.png...
Сферическая черепица изображениеСферическая двуугольная бипирамида.svgСферическая тригональная бипирамида.pngСферическая квадратная бипирамида.svgСферическая пятиугольная бипирамида.pngСферическая шестиугольная бипирамида.pngСферическая семиугольная бипирамида.pngСферическая восьмиугольная бипирамида.pngСферическая эннеагональная бипирамида.pngСферическая десятиугольная бипирамида.pngПлоская черепица изображениеБесконечный bipyramid.svg
Конфигурация лицаV2.4.4V3.4.4V4.4.4V5.4.4V6.4.4V7.4.4V8.4.4V9.4.4V10.4.4...V∞.4.4
Диаграмма КокстераУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngCDel node.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 3.pngCDel node.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 4.pngCDel node.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 5.pngCDel node.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 6.pngCDel node.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 7.pngCDel node.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 8.pngCDel node.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 9.pngCDel node.pngУзел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel 10.pngCDel node.png...Узел CDel f1.pngCDel 2x.pngУзел CDel f1.pngCDel infin.pngCDel node.png

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Финбоу, Артур С .; Hartnell, Bert L .; Новаковски, Ричард Дж .; Пламмер, Майкл Д. (2010). «На хорошо покрытых триангуляциях. III». Дискретная прикладная математика. 158 (8): 894–912. Дои:10.1016 / j.dam.2009.08.002. МИСТЕР  2602814.
  2. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал 10 октября 2011 г.. Получено 2 мая 2006.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  3. ^ Подсчет многогранников
  4. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал 17 ноября 2014 г.. Получено 14 августа 2016.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  5. ^ Кляйн, Дуглас Дж. (2002). «Правила суммы сопротивления и дистанции» (PDF). Croatica Chemica Acta. 75 (2): 633–649. Архивировано из оригинал (PDF) 10 июня 2007 г.. Получено 30 сентября 2006.
  6. ^ Coxeter Правильные многогранники, Третье издание, (1973), Дуврское издание, ISBN  0-486-61480-8 (Глава V: Калейдоскоп, Раздел: 5.7 Конструкция Витхоффа)
  7. ^ Двумерные мутации симметрии Дэниел Хьюсон

внешняя ссылка

Фундаментальный выпуклый обычный и однородные многогранники в размерах 2–10
СемьяАпBпя2(п) / DпE6 / E7 / E8 / F4 / грамм2ЧАСп
Правильный многоугольникТреугольникКвадратп-угольникШестиугольникПентагон
Равномерный многогранникТетраэдрОктаэдрКубДемикубДодекаэдрИкосаэдр
Равномерный 4-многогранник5-элементный16 ячеекТессерактDemitesseract24-элементный120 ячеек600 ячеек
Равномерный 5-многогранник5-симплекс5-ортоплекс5-куб5-полукуб
Равномерный 6-многогранник6-симплекс6-ортоплекс6-куб6-полукуб122221
Равномерный 7-многогранник7-симплекс7-ортоплекс7-куб7-полукуб132231321
Равномерный 8-многогранник8-симплекс8-ортоплекс8-куб8-полукруглый142241421
Равномерный 9-многогранник9-симплекс9-ортоплекс9-куб9-полукуб
Равномерный 10-многогранник10-симплекс10-ортоплекс10-куб10-полукуб
Униформа п-многогранникп-симплексп-ортоплексп-кубп-полукуб1k22k1k21п-пятиугольный многогранник
Темы: Семейства многогранниковПравильный многогранникСписок правильных многогранников и соединений