Джонсон солид - Johnson solid

В удлиненная квадратная гиробикупола (J37), твердое тело Джонсона
Этот 24 равностороннего треугольника пример не является твердым 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 180 ° двугранные углы.)

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.

ОбычныйJ1J2
Треугольная пирамида
(Тетраэдр )
Квадратная пирамидаПятиугольная пирамида
Tetrahedron.pngКвадратная пирамида.pngПятиугольная пирамида.png
Тетраэдр flat.svgДжонсон солид 1 net.pngДжонсон солид 2 net.png
Связанные правильные многогранники
ТетраэдрОктаэдрИкосаэдр
Tetrahedron.pngOctahedron.pngИкосаэдр.png

Купола и ротонда

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

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.

Измененные купола и ротонды

Твердые тела Джонсона 18–48 происходят от куполов и ротондов.

Вытянутые и гировидные купола и ротонды.

Вытянутый куполУдлиненная ротондаГиро-удлиненный куполГиро-удлиненная ротонда
КопланарныйJ18J19J20J21ВогнутыйJ22J23J24J25
Удлиненный фастигиумВытянутый треугольный куполВытянутый квадратный куполВытянутый пятиугольный куполУдлиненная пятиугольная ротондаГиро-удлиненный фастигиумГиро-удлиненный треугольный куполГиро-удлиненный квадратный куполГировидный пятиугольный куполГиро-удлиненная пятиугольная ротонда
Удлиненный двуглавый купол.pngВытянутый треугольный купол.pngВытянутый квадратный купол.pngВытянутый пятиугольный купол.svgУдлиненная пятиугольная rotunda.pngГиро-удлиненный двуглавый купол.pngГиро-удлиненный треугольный купол.pngГиро-удлиненный квадратный купол.pngГиро-удлиненный пятиугольный купол.pngГиро-удлиненная пятиугольная ротонда.png
Джонсон солид 18 net.pngДжонсон солид 19 net.pngДжонсон солид 20 net.pngДжонсон солид 21 net.pngДжонсон солид 22 net.pngДжонсон солид 23 net.pngДжонсон солид 24 net.pngДжонсон солид 25 net.png
Дополнен из многогранников
Квадратная призма
Треугольная призма
Гексагональная призма
Треугольный купол
Восьмиугольная призма
Квадратный купол
Десятиугольная призма
Пятиугольный купол
Десятиугольная призма
Пятиугольная ротонда
квадратная антипризма
Треугольная призма
Шестиугольная антипризма
Треугольный купол
Восьмиугольная антипризма
Квадратный купол
Десятиугольная антипризма
Пятиугольный купол
Десятиугольная антипризма
Пятиугольная ротонда
Тетрагональная призма.png Треугольная призма.pngГексагональная призма.png Треугольный купол.pngВосьмиугольная призма.png Квадратный купол.pngДесятиугольная призма.png Пятиугольный купол.pngДесятиугольная призма.png Пятиугольная ротонда.pngSquare antiprism.png Треугольная призма.pngГексагональная антипризма.png Треугольный купол.pngВосьмиугольная антипризма.png Квадратный купол.pngДесятиугольная антипризма.png Пятиугольный купол.pngДесятиугольная антипризма.png Пятиугольная ротонда.png

Bicupolae

Треугольная гиробикупола - это Архимедово твердое тело (в этом случае кубооктаэдр ), так что это не твердое тело Джонсона.

Купола-ротонды и биротонды

Пятиугольная гиробиротонда - это Архимедово твердое тело (в этом случае икосододекаэдр ), так что это не твердое тело Джонсона.

Удлиненные двуполые

Ортобикупола удлиненной формы квадратная - это Архимедово твердое тело (в этом случае ромбокубооктаэдр ), так что это не твердое тело Джонсона.

Вытянутые купола-ротонды и биротонды

Гироудлиненные двупольные, купола-ротонда и биротонда

Эти твердые вещества Джонсона имеют 2 хиральные формы.

Увеличенные призмы

Твердые тела Джонсона с 49 по 57 построены путем добавления сторон призм квадратными пирамидами.

Модифицированные Платоновы тела

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

Дополненные додекаэдры

Уменьшенные и увеличенные уменьшенные икосаэдры

Уменьшенный икосаэдрУвеличенный трехуменьшенный икосаэдр
J11
(Повторяется)
УниформаJ62J63J64
Уменьшенный икосаэдр
(Гиро-удлиненная пятиугольная пирамида )
Парабидоусиленный икосаэдр
(Пятиугольная антипризма )
Метабидоуменьшенный икосаэдрТреугольный икосаэдрУвеличенный трехуменьшенный икосаэдр
Гиро-удлиненная пятиугольная пирамида.pngПятиугольная антипризма.pngМетабидимулированный икосаэдр.pngТреугольник икосаэдр.pngУвеличенный трехкратный икосаэдр.png
Джонсон солид 11 net.pngДжонсон солид 62 net.pngДжонсон солид 63 net.pngДжонсон солид 64 net.png

Модифицированные архимедовы тела

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

Дополненные архимедовы тела

Гиратные и уменьшенные ромбикосододекаэдры

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.

J27J3J34J6J37J19
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 )
Triangular orthobicupola.pngТреугольный купол.pngПятиугольная ортобиротонда.pngПятиугольная ротонда.pngУдлиненный квадрат gyrobicupola.pngВытянутый квадратный купол.png
Джонсон солид 27 net.pngДжонсон солид 3 net.pngДжонсон солид 34 net.pngДжонсон солид 6 net.pngДжонсон солид 37 net.pngДжонсон солид 19 net.png
Гирированные или уменьшенные из многогранников
КубооктаэдрИкосододекаэдрРомбокубооктаэдр
Cuboctahedron.pngIcosidodecahedron.pngМаленький ромбокубооктаэдр.png

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.

J84ОбычныйJ85
Курносый дисфеноид
сс {2,4}
Икосаэдр
сс {2,6}
Плоская квадратная антипризма
сс {2,8}
Дигональные гиробиантикуполыГиробиантикупола треугольнаяКвадратная гиробиантикупола
Snub digonal antiprism.pngSnub triangular antiprism.pngПлоский квадратный антипризма цветной.png
Snub disphenoid net snubcoloring.pngПлоская треугольная антипризма net.pngSnub square antiprism net snubcoloring.png

Другие

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]

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
  1. ^ GWH. «Псевдо ромбокубооктаэдры». www.georgehart.com. Получено 17 апреля 2018.
  2. ^ Джордж Харт (цитирует Джонсона) (1996). "Джонсон Солидс". Виртуальные многогранники. Получено 5 февраля 2014.
  3. ^ Клитцинг, доктор Ричард. «Джонсон солидс и др.». bendwavy.org. Получено 17 апреля 2018.

внешняя ссылка