WikiDer > Джонсон солид
В геометрия, а Джонсон солид строго выпуклый многогранник каждое лицо которого является правильный многоугольник. Нет требования, чтобы каждая грань должна быть одним и тем же многоугольником, или что одни и те же многоугольники соединяются вокруг каждой вершины. Примером твердого тела Джонсона является квадратный пирамида с равносторонний стороны (J1); у него 1 квадратная грань и 4 треугольных грани. Некоторые авторы требуют, чтобы твердое тело не униформа (т.е. не Платоново твердое тело, Архимедово твердое тело, однородная призма, или униформа антипризма), 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. Так как правильный многоугольник имеет углы не менее 60 градусов, отсюда следует, что не более пяти граней пересекаются в любой вершине. В пятиугольная пирамида (J2) - это пример с вершиной пятой степени.
Хотя нет очевидного ограничения, что любой заданный правильный многоугольник не может быть гранью тела Джонсона, оказывается, что грани тел Джонсона, которые не являются униформа (т.е. не Платоново твердое тело, Архимедово твердое тело, однородная призма, или униформа антипризма) всегда имеет 3, 4, 5, 6, 8 или 10 сторон.
В 1966 г. Норман Джонсон опубликовал список, в который вошли все 92 тела Джонсона (исключая 5 Платоновых тел, 13 Архимедовых тел, бесконечно много однородных призм и бесконечное множество однородных антипризм), и дал им их имена и номера. Он не доказал, что их было всего 92, но предположил, что других не было. Виктор Залгаллер в 1969 году доказал, что список Джонсона был полным.
Из твердых тел Джонсона удлиненная квадратная гиробикупола (J37), также называемый псевдоромбокубооктаэдром,[1] уникальна тем, что локально однородна по вершинам: в каждой вершине по 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 телом. Архимедово твердое тело.
Имена
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 твердых тел Джонсона можно построить из первых нескольких (пирамиды, купола, и ротонда) вместе с Платонический и Архимедов твердые вещества призмы, и антипризмы; центр названия конкретного твердого вещества будет отражать эти ингредиенты. Оттуда к слову добавляется серия префиксов, обозначающих добавления, вращения и преобразования:
- Би- указывает, что две копии рассматриваемого твердого тела соединены основанием к основанию. Для куполов и ротондов твердые тела можно соединять так, чтобы одинаковые грани (орто-) или непохожие лица (гиро-) встретить. Используя эту номенклатуру, октаэдр можно описать как квадратная бипирамида, а кубооктаэдр как треугольная гиробикупола, и икосододекаэдр как пятиугольная гиробиротонда.
- Удлиненный указывает на призма соединяется с основанием рассматриваемого твердого тела или между основаниями в случае твердого вещества Bi. А ромбокубооктаэдр таким образом можно описать как ортобикупола удлиненная квадратная.
- Гиро-удлиненный указывает на антипризма соединяется с основанием рассматриваемого твердого тела или между основаниями в случае твердого вещества Bi. An икосаэдр таким образом можно описать как гиродлинная пятиугольная бипирамида.
- Дополненный указывает на другой многогранник, а именно на пирамида или же купол, соединяется с одной или несколькими гранями рассматриваемого твердого тела.
- Уменьшено указывает, что пирамида или купол удалены с одной или нескольких граней рассматриваемого твердого тела.
- Gyrate указывает, что купол, установленный на рассматриваемом твердом теле или представленный в нем, повернут так, что разные края совпадают, как в разнице между орто- и гиробикуполами.
Последние три операции - увеличение, уменьшение, и вращение - может выполняться несколько раз для некоторых крупных твердых тел. Би- & Три- обозначают двойную и тройную операцию соответственно. Например, бигират solid имеет два повернутых купола, а уменьшился в три раза solid 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 наклонены. Пара- указывает на первое, что рассматриваемое твердое тело изменило параллельные грани, и Мета- последние, изменили косые грани. Например, парабиаугментированный solid было увеличено две параллельные грани, а метабигират solid имеет две наклонные грани, повернутые по спирали.
Последние несколько тел Джонсона имеют имена, основанные на определенных комплексах многоугольников, из которых они собраны. Эти имена определены Джонсоном.[2]со следующей номенклатурой:
- А луна 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 лунок, разделенных третьей луной.
- Корона представляет собой коронообразный комплекс из восьми треугольников.
- Мегакорона представляет собой более крупный короноподобный комплекс из 12 треугольников.
- Суффикс -цингулум обозначает пояс из 12 треугольников.
Перечисление
Пирамиды, купола и ротонды
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
Первые два тела Джонсона, J1 и J2, являются пирамиды. В треугольная пирамида регулярный тетраэдр, так что это не твердое тело Джонсона. Они представляют собой сечения правильных многогранников.
Обычный | J1 | J2 |
---|---|---|
Треугольная пирамида (Тетраэдр) | Квадратная пирамида | Пятиугольная пирамида |
Связанные правильные многогранники | ||
Тетраэдр | Октаэдр | Икосаэдр |
Купола и ротонда
Следующие четыре тела Джонсона - это три купола и один ротонда. Они представляют собой сечения однородных многогранников.
Купол | Ротонда | |||
---|---|---|---|---|
Униформа | J3 | J4 | J5 | J6 |
Fastigium (Дигональный купол) (Треугольная призма) | Треугольный купол | Квадратный купол | Пятиугольный купол | Пятиугольная ротонда |
Связанные однородные многогранники | ||||
Кубооктаэдр | Ромбокубооктаэдр | Ромбикосододекаэдр | Икосододекаэдр | |
Модифицированные пирамиды
Твердые тела Джонсона с 7 по 17 являются производными пирамид.
Удлиненные и гиродлинные пирамиды
В гиродлинной треугольной пирамиде три пары соседних треугольников компланарны и образуют неквадратные ромбы, поэтому это не твердое тело Джонсона.
Бипирамиды
В квадратная бипирамида регулярный октаэдр, в то время как гиродлинная пятиугольная бипирамида регулярный икосаэдр, поэтому они не являются телами Джонсона. В гиродлинной треугольной бипирамиде шесть пар соседних треугольников компланарны и образуют неквадратные ромбы, так что это также не твердое тело Джонсона.
Бипирамиды | Удлиненные бипирамиды | Гиро-удлиненные бипирамиды | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
J12 | Обычный | J13 | J14 | J15 | J16 | Копланарный | J17 | Обычный |
Треугольная бипирамида | Квадратная бипирамида (октаэдр) | Пятиугольная бипирамида | Удлиненная треугольная бипирамида | Удлиненная квадратная бипирамида | Удлиненная пятиугольная бипирамида | Гироудлиненная треугольная бипирамида (треугольный трапецоэдр) | Гиро-удлиненная квадратная бипирамида | Гиро-удлиненная пятиугольная бипирамида (икосаэдр) |
Дополнен из многогранников | ||||||||
тетраэдр | квадратная пирамида | пятиугольная пирамида | тетраэдр треугольная призма | квадратная пирамида куб | пятиугольная пирамида пятиугольная призма | тетраэдр Октаэдр | квадратная пирамида квадратная антипризма | пятиугольная пирамида пятиугольная антипризма |
Измененные купола и ротонды
Твердые тела Джонсона 18–48 происходят от куполов и ротондов.
Вытянутые и гировидные купола и ротонды.
Bicupolae
Треугольная гиробикупола - это Архимедово твердое тело (в этом случае кубооктаэдр), так что это не твердое тело Джонсона.
Ортобикупола | Гиробикупола | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Копланарный | J27 | J28 | J30 | J26 | Полурегулярный | J29 | J31 |
Ортобифастигиум | Ортобикупола треугольная | Квадрат ортобикупола | Пятиугольная ортобикупола | Gyrobifastigium | Гиробикупола треугольная (кубооктаэдр) | Гиробикупола квадратная | Пятиугольная гиробикупола |
Дополнен многогранником | |||||||
Треугольная призма | Треугольный купол | Квадратный купол | Пятиугольный купол | Треугольная призма | Треугольный купол | Квадратный купол | Пятиугольный купол |
Купола-ротонды и биротонды
Пятиугольная гиробиротонда - это Архимедово твердое тело (в этом случае икосододекаэдр), так что это не твердое тело Джонсона.
Купол-ротонда | Биротунда | ||
---|---|---|---|
J32 | J33 | J34 | Полурегулярный |
Пятиугольная ортокуполаротонда | Пятиугольная гирокуполаротонда | Пятиугольная ортобиротонда | Пятиугольная гиробиротонда (икосододекаэдр) |
Дополнен из многогранников | |||
Пятиугольный купол Пятиугольная ротонда | Пятиугольная ротонда | ||
Удлиненные двуполые
Ортобикупола удлиненной формы квадратная - это Архимедово твердое тело (в этом случае ромбокубооктаэдр), так что это не твердое тело Джонсона.
Ортобикупола удлиненная | Гиробикупола удлиненная | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Копланарный | J35 | Полурегулярный | J38 | Копланарный | J36 | J37 | J39 |
Ортобифастигиум удлиненной формы | Ортобикупола удлиненно-треугольной формы | Ортобикупола удлиненная квадратная (ромбокубооктаэдр) | Ортобикупола удлиненная пятиугольная | Гиробифастигий удлиненный | Гиробикупола удлиненной треугольной формы | Гиробикупола удлиненная квадратная | Гиробикупола удлиненная пятиугольная |
Дополнен из многогранников | |||||||
Квадратная призма Треугольная призма | Гексагональная призма Треугольный купол | Восьмиугольная призма Квадратный купол | Десятиугольная призма Пятиугольный купол | Квадратная призма Треугольная призма | Гексагональная призма Треугольный купол | Восьмиугольная призма Квадратный купол | Десятиугольная призма Пятиугольный купол |
Вытянутые купола-ротонды и биротонды
Вытянутый купол-ротонда | Удлиненная биротонда | ||
---|---|---|---|
J40 | J41 | J42 | J43 |
Пятиугольная удлиненная ортокуполаротонда | Удлиненная пятиугольная гирокуполаротонда | Удлиненная пятиугольная ортобиротонда | Удлиненная пятиугольная гиробиротонда |
Дополнен из многогранников | |||
Десятиугольная призма Пятиугольный купол Пятиугольная ротонда | Десятиугольная призма Пятиугольная ротонда | ||
Гироудлиненные двупольные, купола-ротонда и биротонда
Эти твердые вещества Джонсона имеют 2 хиральные формы.
Гиро-удлиненная двуполая | Гировидный купол-ротонда | Гироудлиненная биротонда | |||
---|---|---|---|---|---|
Вогнутый | J44 | J45 | J46 | J47 | J48 |
Гиро-удлиненный бифастигий | Гиро-удлиненная треугольная двуправая | Гиро-удлиненная квадратная двуправая | Гиро-удлиненная пятиугольная двуправая | Гиро-удлиненная пятиугольная куполаротонда | Гиро-удлиненная пятиугольная биротонда |
Дополнен из многогранников | |||||
Треугольная призма Квадратная антипризма | Треугольный купол Шестиугольная антипризма | Квадратный купол Восьмиугольная антипризма | Пятиугольный купол Десятиугольная антипризма | Пятиугольный купол Пятиугольная ротонда Десятиугольная антипризма | Пятиугольная ротонда Десятиугольная антипризма |
Увеличенные призмы
Твердые тела Джонсона с 49 по 57 построены путем добавления сторон призм квадратными пирамидами.
Увеличенные треугольные призмы | Увеличенные пятиугольные призмы | Увеличенные шестиугольные призмы | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
J49 | J50 | J51 | J52 | J53 | J54 | J55 | J56 | J57 |
Расширенная треугольная призма | Двойная треугольная призма | Трехгранная треугольная призма | Расширенная пятиугольная призма | Двухугольная пятиугольная призма | Расширенная шестиугольная призма | Парабиаугментированная шестиугольная призма | Метабиаугментированная шестиугольная призма | Трехгранная шестиугольная призма |
Дополнен из многогранников | ||||||||
Треугольная призма Квадратная пирамида | Пятиугольная призма Квадратная пирамида | Гексагональная призма Квадратная пирамида | ||||||
Модифицированные Платоновы тела
Твердые тела Джонсона с 58 по 64 строятся путем увеличения или уменьшения количества Платоновых тел.
Дополненные додекаэдры
J58 | J59 | J60 | J61 |
---|---|---|---|
Дополненный додекаэдр | Парабиаугментированный додекаэдр | Метабиауглеродный додекаэдр | Триаугментированный додекаэдр |
Дополнен из многогранников | |||
Додекаэдр и пятиугольная пирамида | |||
Уменьшенные и увеличенные уменьшенные икосаэдры
Уменьшенный икосаэдр | Увеличенный трехуменьшенный икосаэдр | |||
---|---|---|---|---|
J11 (Повторяется) | Униформа | J62 | J63 | J64 |
Уменьшенный икосаэдр (Гиро-удлиненная пятиугольная пирамида) | Парабидоусиленный икосаэдр (Пятиугольная антипризма) | Метабидоуменьшенный икосаэдр | Треугольный икосаэдр | Увеличенный трехуменьшенный икосаэдр |
Модифицированные архимедовы тела
Твердые тела Джонсона 65-83 построены путем увеличения, уменьшения или вращения архимедовых тел.
Дополненные архимедовы тела
Увеличенный усеченный тетраэдр | Дополненные усеченные кубики | Дополненные усеченные додекаэдры | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
J65 | J66 | J67 | J68 | J69 | J70 | J71 |
Увеличенный усеченный тетраэдр | Увеличенный усеченный куб | Усеченный двуугловой куб | Увеличенный усеченный додекаэдр | Парабиаугментированный усеченный додекаэдр | Усеченный додекаэдр с метабиаугментацией | Триаугментированный усеченный додекаэдр |
Дополнен из многогранников | ||||||
усеченный тетраэдр треугольный купол | усеченный куб квадратный купол | усеченный додекаэдр пятиугольный купол | ||||
Гиратные и уменьшенные ромбикосододекаэдры
Гиратные ромбикосододекаэдры | |||
---|---|---|---|
J72 | J73 | J74 | J75 |
Гират ромбикосододекаэдр | Парабигиратный ромбикосододекаэдр | Метабигиратный ромбикосододекаэдр | Тригиратный ромбоикосододекаэдр |
Уменьшенные ромбикосододекаэдры | |||
J76 | J80 | J81 | J83 |
Уменьшенный ромбоикосододекаэдр | Парабидоусиленный ромбоикосододекаэдр | Метабидоуменьшенный ромбикосододекаэдр | Трехкоординатный ромбоикосододекаэдр |
Гиратные уменьшенные ромбикосододекаэдры | |||
J77 | J78 | J79 | J82 |
Парагиратный уменьшенный ромбикосододекаэдр | Метагират уменьшенный ромбикосододекаэдр | Бигират уменьшенный ромбикосододекаэдр | Гиратный двумерный ромбикосододекаэдр |
J37 также может появиться здесь как дубликат (это круговой ромбокубооктаэдр).
Другие вращающиеся и уменьшенные архимедовы тела
Другие архимедовы твердые тела могут вращаться и уменьшаться, но все они приводят к ранее подсчитанным твердым телам.
J27 | J3 | J34 | J6 | J37 | J19 |
---|---|---|---|---|---|
Гиратный кубооктаэдр (треугольная ортобикупола) | Уменьшенный кубооктаэдр (треугольный купол) | Гират икосододекаэдр (пятиугольная ортобиротонда) | Уменьшенный икосододекаэдр (пятиугольная ротонда) | Гиратный ромбокубооктаэдр (удлиненная квадратная гиробикупола) | Уменьшенный ромбокубооктаэдр (удлиненный квадратный купол) |
Гирированные или уменьшенные из многогранников | |||||
Кубооктаэдр | Икосододекаэдр | Ромбокубооктаэдр | |||
Элементарные твердые тела
Твердые вещества Джонсона с 84 по 92 не являются производными от манипуляций "вырезать и вставить" униформа твердые тела.
Курносые антипризмы
В пренебрежительно антипризмы можно построить как чередование усеченной антипризмы. Гиробиантикуполы - еще одна конструкция курносых антипризм. Только курносые антипризмы с не более чем 4 сторонами могут быть построены из правильных многоугольников. Курносая треугольная антипризма - это правильная икосаэдр, так что это не твердое тело Джонсона.
J84 | Обычный | J85 |
---|---|---|
Курносый дисфеноид сс {2,4} | Икосаэдр сс {2,6} | Плоская квадратная антипризма сс {2,8} |
Дигональные гиробиантикуполы | Гиробиантикупола треугольная | Квадратная гиробиантикупола |
Другие
J86 | J87 | J88 | |
---|---|---|---|
Sphenocorona | Увеличенная сфенокорона | Sphenomegacorona | |
J89 | J90 | J91 | J92 |
Hebesphenomegacorona | Дисфеноцингулум | Bilunabirotunda | Гебешфеноротунда треугольная |
Классификация по типам лиц
Треугольные тела Джонсона
Пять твердых тел Джонсона дельтаэдры, со всеми гранями равностороннего треугольника:
Треугольные и квадратные тела Джонсона
Двадцать четыре тела Джонсона имеют только треугольные или квадратные грани:
Треугольные и пятиугольные тела Джонсона
Одиннадцать тел Джонсона имеют только треугольные и пятиугольные грани:
Треугольные, квадратные и пятиугольные тела Джонсона
Двадцать тел Джонсона имеют только треугольные, квадратные и пятиугольные грани:
Треугольные, квадратные и шестиугольные тела Джонсона
Восемь тел Джонсона имеют только треугольные, квадратные и шестиугольные грани:
Треугольные, квадратные и восьмиугольные тела Джонсона
Пять тел Джонсона имеют только треугольные, квадратные и восьмиугольные грани:
Треугольники, пятиугольники и десятиугольные тела Джонсона
Два тела Джонсона имеют только треугольные, пятиугольные и десятиугольные грани:
Треугольники, квадраты, пятиугольники и шестиугольники с гранями тела Джонсона
Только одно тело Джонсона имеет треугольные, квадратные, пятиугольные и шестиугольные грани:
Треугольники, квадраты, пятиугольники и десятиугольные тела Джонсона
Шестнадцать тел Джонсона имеют только треугольник, квадрат, пятиугольник и десятиугольник:
Объявляемые твердые тела Джонсона
25 тел Джонсона имеют вершины, которые существуют на поверхности сфера: 1–6,11,19,27,34,37,62,63,72–83. Все они могут быть связаны с правильным или однородным многогранником путем вращения, уменьшения или рассечения.[3]
Октаэдр | Кубооктаэдр | Ромбокубооктаэдр | |||
---|---|---|---|---|---|
J1 | J3 | J27 | J4 | J19 | J37 |
Икосаэдр | Икосододекаэдр | ||||
---|---|---|---|---|---|
J2 | J11 | J62 | J63 | J6 | J34 |
Ромбикосододекаэдр | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
J5 | J72 | J73 | J74 | J75 | J76 | J77 |
J78 | J79 | J80 | J81 | J82 | J83 |
Смотрите также
Рекомендации
- Джонсон, Норман В. (1966). «Выпуклые тела с правильными гранями». Канадский математический журнал. 18: 169–200. Дои:10.4153 / cjm-1966-021-8. ISSN 0008-414X. Zbl 0132.14603. Содержит исходное перечисление 92 твердых 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 (на русском). 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
- ^ GWH. «Псевдо ромбокубооктаэдры». www.georgehart.com. Получено 17 апреля 2018.
- ^ Джордж Харт (цитирует Джонсона) (1996). "Джонсон Солидс". Виртуальные многогранники. Получено 5 февраля 2014.
- ^ Клитцинг, доктор Ричард. «Джонсон солидс и др.». bendwavy.org. Получено 17 апреля 2018.
внешняя ссылка
- Ганьон, Сильвен (1982). "Выпуклые полиэдры aux Face Régulières" [Выпуклые многогранники с правильными гранями] (PDF). Структурная топология (6): 83–95.
- Бумажные модели многогранников Много ссылок
- Джонсон Солидс Джорджа У. Харта.
- Изображения всех 92 твердых тел по категориям на одной странице
- Вайсштейн, Эрик В. "Джонсон Солид". MathWorld.
- VRML-модели Johnson Solids Джим Макнил
- VRML-модели Johnson Solids Владимир Булатов
- CRF проект открытия полихоры попытки обнаружить CRF полихора, обобщение тел Джонсона на 4-мерное пространство
- https://levskaya.github.io/polyhedronisme/ генератор многогранников и Конвей операции применительно к ним, включая твердые тела Джонсона.