Oktaedri

Säännöllinen oktaedri

( pyörivä malli )
Tyyppi säännöllinen monitahoinen
Kombinatoriikka
Elementit
8 pintaa
12 reunaa
6 kärkeä
X  = 2
Fasetit säännölliset kolmiot
Vertex-kokoonpano 4.4.4
Kaksoispolyhedron kuutio
Vertex figuuri
Skannata

Luokitus
Merkintä
  • O
  • aT
Schläfli-symboli
  • tai
Wythoff-symboli 4 | 2 3
Dynkinin kaavio CDel node.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node 1.png
Symmetria ryhmä
Kiertoryhmä
kvantitatiivinen tieto
Dihedraalinen kulma
Kiinteä kulma kärjessä ke
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Oktaedri ( kreikaksi οκτάεδρον sanoista οκτώ "kahdeksan" + έδρα  "kanta") on monitahoinen , jossa on kahdeksan pintaa.

Säännöllinen oktaedri on yksi viidestä kuperasta säännöllisestä polyhedrasta [1] , niin kutsutuista platonisista kiinteistä aineista ; sen kasvot ovat kahdeksan tasasivuista kolmiota . Tavallinen oktaedri -

Oktaedri on kolmiulotteinen versio yleisemmästä hyperoktaedrin käsitteestä .

Säännöllinen oktaedri

Tavallisella oktaedrilla on 8 kolmion muotoista pintaa, 12 reunaa, 6 kärkeä ja 4 reunaa kohtaavat jokaisessa kärjessä.

Mitat

Jos oktaedrin reunan pituus on , niin oktaedrin ympärille piirretyn pallon säde on:

,

oktaedriin kirjoitetun pallon säde voidaan laskea kaavalla:

dihedraalinen kulma : , missä .

Puolikirjoitetun pallon , joka koskettaa kaikkia reunoja, säde on

Ortografiset projektiot

Oktaedrilla on neljä erityistä ortogonaalista projektiota , joita keskittävät reuna, kärki, kasvot ja kasvonormaalit. Toinen ja kolmas tapaus vastaavat Coxeterin tasoja B2 ja A2 .

Ortografiset projektiot
Keskitetty reuna Normaalia
kasvoihin
huippu reuna
Kuva
Projektiivinen
symmetria
[2] [2] [neljä] [6]

Pallomainen laatoitus

Oktaedri voidaan esittää pallomaisena laatoituksena ja projisoida tasoon käyttämällä stereografista projektiota . Tämä projektio on mukautuva , säilyttäen kulmat, mutta ei pituutta tai pinta-alaa. Pallon segmentit on kartoitettu tasossa olevien ympyröiden kaariksi.


kolmiokeskeinen _
ortogonaalinen projektio Stereografinen projektio

Suorakulmaiset koordinaatit

Reunapituinen oktaedri voidaan sijoittaa origoon siten, että sen kärjet ovat koordinaattiakseleilla. Huippupisteiden suorakulmaiset koordinaatit ovat silloin

(±1, 0, 0); (0, ±1, 0); (0, 0, ±1).

Suorakaiteen muotoisessa koordinaattijärjestelmässä x - y - z oktaedri, jonka keskipiste on pisteessä ( a , b , c ) ja säteellä r  on kaikkien pisteiden ( x , y , z ) joukko siten, että

Pinta-ala ja tilavuus

Säännöllisen oktaedrin, jonka reunan pituus on a , kokonaispinta-ala on

Oktaedrin tilavuus ( V ) lasketaan kaavalla:

Siten oktaedrin tilavuus on neljä kertaa saman reunan pituisen tetraedrin tilavuus , kun taas pinta-ala on kaksi kertaa suurempi (koska pinta koostuu 8 kolmiosta, kun taas tetraedrin on neljä).

Jos oktaedria venytetään tasa-arvon täyttämiseksi:

pinnan ja tilavuuden kaavat muuttuvat:

Lisäksi venytetyn oktaedrin hitausmomenttien tensori on yhtä suuri:

Se pelkistyy säännöllisen oktaedrin yhtälöön, kun:

Geometriset linkit

Kahden kaksoistetraedrin konfiguraation sisäinen (yhteinen) osa on oktaedri , ja itse tätä konfiguraatiota kutsutaan tähtioktaedriksi ( latinaksi: stella octangula ). Konfiguraatio on oktaedrin ainoa tähti . Vastaavasti säännöllinen oktaedri on seurausta leikkaamalla pois säännöllisestä tetraedristä neljä säännöllistä tetraedria, joiden reunan pituus on puolet (eli tetraedrin täydellinen katkaisu ). Oktaedrin kärjet ovat tetraedrin reunojen keskipisteissä, ja oktaedri on suhteessa tetraedriin samalla tavalla kuin kuuboktaedri ja ikosidodekaedri ovat suhteessa muihin platonisiin kiinteisiin aineisiin. On mahdollista jakaa oktaedrin reunat suhteessa kultaiseen leveyteen ikosaedrin kärkien määrittämiseksi . Voit tehdä tämän asettamalla vektorit reunoihin siten, että kaikki pinnat ovat syklien ympäröimiä. Sitten jaamme jokaisen reunan kultaisessa suhteessa vektoreita pitkin. Tuloksena olevat pisteet ovat ikosaedrin huippuja.

Oktaedrit ja tetraedrit voidaan lomittaa muodostamaan kärki-, reuna- ja pintatasoltaan yhtenäisiä hunajakennoja , joita Fuller kutsui oktettikimpuksi . Nämä ovat ainoat kammat, jotka mahdollistavat säännöllisen pinoamisen kuutioon , ja ne ovat yksi 28: sta kuperista yhtenäisistä kennoista .

Oktaedri on ainutlaatuinen platonisten kiinteiden aineiden joukossa, koska sillä yksin on parillinen määrä kasvoja kussakin kärjessä. Lisäksi se on ainoa tämän ryhmän jäsen, jolla on symmetriatasoja, jotka eivät leikkaa mitään kasvoja.

Johnson-polyhedrin standarditerminologiaa käyttäen oktaedria voidaan kutsua neliömäiseksi bipyramidiksi . Kahden vastakkaisen kärjen katkaiseminen johtaa katkaistuun bipyramidiin .

Oktaedri on 4-liittynyt . Tämä tarkoittaa, että neljä kärkeä on poistettava, jotta loput voidaan katkaista. Se on yksi neljästä neljästä yksinkertaisesta hyvin peitetystä polyhedrasta, mikä tarkoittaa, että kaikki suurimmat itsenäiset kärkijoukot ovat samankokoisia. Muut kolme polyhedraa, joilla on tämä ominaisuus, ovat viisikulmainen bipyramidi , snub -biclinoid ja epäsäännöllinen monitahoinen, jossa on 12 kärkeä ja 20 kolmion muotoista pintaa [2] .

Tasainen väritys ja symmetria

Oktaedrilla on 3 yhtenäistä väriä jotka on nimetty niiden kasvojen värien mukaan: 1212, 1112, 1111.

Oktaedrin symmetriaryhmä on O h , luokkaa 48, kolmiulotteinen hyperoktaedriryhmä . Tämän ryhmän alaryhmiä ovat D 3d (luokka 12), kolmion antiprismasymmetriaryhmä , D 4h (kertaluku 16), neliömäinen bipyramidisymmetriaryhmä ja Td (kertaluokka 24), täysin katkaistu tetraedrisymmetriaryhmä . Näitä symmetrioita voidaan korostaa kasvojen erilaisilla väreillä.

Nimi Oktaedri Täysin
katkaistu

tetraedri
(Tetratetraedri)
Kolmion muotoinen antiprisma Neliömäinen bipyramidi Rombinen bipyramidi
Piirustus
(kasvojen värjäys)

(1111)

(1212)

(1112)

(1111)

(1111)
Coxeterin kaavio CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel node.png CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 4.pngCDel-solmu h0.png=CDel node 1.pngCDelsplit1.pngCDel nodes.png CDel node h.pngCDel 2x.pngCDel node h.pngCDel 6.pngCDel node.png
CDel node h.pngCDel 2x.pngCDel node h.pngCDel 3.pngCDel node h.png
CDel node f1.pngCDel 2x.pngCDel node f1.pngCDel 4.pngCDel node.png CDel node f1.pngCDel 2x.pngCDel node f1.pngCDel 2x.pngCDel node f1.png
Schläfli-symboli {3,4} r{3,3} s{2,6}
sr{2,3}
ft{2,4}
{ } + {4}
ftr{2,2}
{ } + { } + { }
Wythoff-symboli 4 | 3 2 2 | 4 3 2 | 6 2
| 2 3 2
Symmetria Oi , [ 4,3 ], (*432) T d , [3,3], (*332) D 3d , [2 + ,6], (2*3)
D 3 , [2,3] + , (322)
D 4h , [2,4], (*422) D 2h , [2,2], (*222)
Tilaus 48 24 12
6
16 kahdeksan

Kalvimet

Oktaedrin kehityksestä on yksitoista muunnelmaa [3] .

Kaksinaisuus

Oktaedri on kaksoiskappale kuution kanssa .

Leikkaa

Homogeeninen tetrahemiheksaedri on säännöllisen oktaedrin tetraedrisesti symmetrinen fasetti , joka säilyttää reunojen ja kärkien järjestelyn . Leikkauksessa on neljä kolmiota ja 3 keskiruutua.


Oktaedri

tetrahemiheksaedri

Epäsäännöllinen oktaedra

Seuraavat polyhedrat vastaavat kombinatorisesti säännöllistä oktaedria. Niillä kaikilla on kuusi kärkeä, kahdeksan kolmiopintaa ja kaksitoista reunaa, mikä vastaa yhdestä yhteen säännöllisen oktaedrin parametreja.

Muut kuperat oktaedrit

Yleensä mitä tahansa monitahoista, jolla on kahdeksan pintaa, voidaan kutsua oktaedriksi. Tavallisella oktaedrilla on 6 kärkeä ja 12 reunaa, oktaedrin vähimmäismäärä. Epäsäännöllisillä kahdeksankulmioilla voi olla jopa 12 kärkeä ja 18 reunaa [3] [4] . Topologisesti erillisiä kuperaa oktaedria on 257 , peilikopioita lukuun ottamatta [3] . Erityisesti on olemassa 2, 11, 42, 74, 76, 38, 14 oktaedria, joissa on vastaavasti 6-12 kärkeä [5] [6] . (Kaksi polyhedraa ovat "topologisesti erillisiä", jos niillä on sisäisesti erilaiset pintojen ja kärkien järjestelyt, joten ei ole mahdollista muuttaa yhtä kappaletta toiseksi yksinkertaisesti muuttamalla reunojen pituutta tai reunojen tai pintojen välisiä kulmia.)

Joitakin merkittäviä epäsäännöllisiä kahdeksankulmia:

Oktaedrit fyysisessä maailmassa

Oktaedrit luonnossa

Oktaedrit taiteessa ja kulttuurissa

Tetrahedral ligament

Fuller keksi 1950-luvulla toistuvien tetraedrien ja oktaedrien rungon, joka tunnetaan avaruuskehyksenä sitä pidetään vahvimpana ulokepalkkien rasituksia kestävänä rakenteena .

Aiheeseen liittyvät polytoopit

Säännöllinen oktaedri voidaan suurentaa tetraedriksi lisäämällä neljä tetraedria vuorotellen. Tetraedrin lisääminen kaikkiin kahdeksaan pintaan muodostaa tähtituneen oktaedrin .

tetraedri tähtikuvioinen oktaedri

Oktaedri kuuluu kuutioon liittyvien yhtenäisten polyhedrien perheeseen.

Tasainen oktaedrillinen polyhedra
Symmetria : [4,3], (*432) [4,3] + , (432) [3 + ,4], (3*2)
CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.png CDel node.pngCDel 4.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.png CDel node.pngCDel 4.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node 1.png CDel node.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node 1.png CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node 1.png CDel node 1.pngCDel 4.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node 1.png CDel node h.pngCDel 4.pngCDel node h.pngCDel 3.pngCDel node h.png CDel node h.pngCDel 3.pngCDel node h.pngCDel 4.pngCDel node.png
{4,3} t{4,3} r{4,3} t{3,4} {3,4} rr{4,3} tr{4,3} sr{4,3} s{3,4}
Kaksoispolyhedra
V4 3 v3.82 _ V(3.4) 2 v4.62 _ V3 4 v3.43 _ V4.6.8 V3 4.4 _ V3 5

Se on myös yksi yksinkertaisimmista esimerkeistä hypersimplexistä , monitahoisesta, joka muodostuu hyperkuution ja hypertason tietyn leikkauspisteen kautta .

Oktaedri sisältyy polyhedrijonoon, jonka Schläfli-symboli {3, n } ulottuu hyperboliseen tasoon .

* n 32 säännöllistä laatoitussymmetriaa: 3 n tai {3, n }
pallomainen Euklidinen Kompakti hyperbola. Para
-kompakti
Ei-kompakti hyperbolinen
3.3 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3∞ _ 3 12i 39i _ 36i _ 3 3i

Tetratetraedri

Säännöllistä oktaedria voidaan pitää täysin katkaistuna tetraedrina ja sitä voidaan kutsua tetraedriksi . Tämä voidaan näyttää kaksivärisellä mallilla. Tässä värjäyksessä oktaedrilla on tetraedrinen symmetria .

Tetraedrin katkaisusekvenssin ja sen kaksoishahmon vertailu:

Yhtenäisten tetraedristen monitahojen perhe
Symmetria : [3,3] , (*332) [3,3] + , (332)
CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node.png CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.png CDel node.pngCDel 3.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.png CDel node.pngCDel 3.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node 1.png CDel node.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node 1.png CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node.pngCDel 3.pngCDel node 1.png CDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node 1.pngCDel 3.pngCDel node 1.png CDel node h.pngCDel 3.pngCDel node h.pngCDel 3.pngCDel node h.png
{3,3} t{3,3} r{3,3} t{3,3} {3,3} rr{3,3} tr{3,3} sr{3,3}
Kaksoispolyhedra
V3.3.3 V3.6.6 V3.3.3.3 V3.6.6 V3.3.3 V3.4.3.4 V4.6.6 V3.3.3.3.3

Yllä olevat kiinteät aineet voidaan ymmärtää leikkeiksi, jotka ovat kohtisuorassa tesseraktin pitkää diagonaalia vastaan . Jos tämä lävistäjä sijoitetaan pystysuoraan korkeudella 1, niin viisi ensimmäistä osaa ylhäältä ovat korkeuksilla r , 3/8, 1/2, 5/8 ja s , missä r  on mikä tahansa luku välissä (0 ,1/4] ja s  — mikä tahansa luku välissä [3/4,1).

Oktaedri tetraedrina esiintyy kvasisäännöllisten monitahojen ja laatoitusten, joiden kärkikonfiguraatio on ( 3.n ) 2 , symmetriasarjassa, joka siirtyy pallon laatoinnista euklidiselle tasolle ja sitten hyperboliselle tasolle. Symmetrian * n 32 orbifold-merkinnässä kaikki nämä laatoitukset ovat Wythoff-rakenteita symmetrian perusalueen sisällä , ja ne muodostavat pisteitä alueen oikeassa kulmassa [8] [9] .

* n 32 orbifold-symmetriaa näennäissäännöllisillä laatoituksilla : (3. n ) 2

Rakennus
pallomainen Euklidinen hyperbolinen
*332 *432 *532 *632 *732 *832... *∞32
Lähes säännölliset
luvut
Vertex (3.3) 2 (3.4) 2 (3.5) 2 (3.6) 2 (3.7) 2 (3.8) 2 (3.∞) 2

Kolmikulmainen antiprisma

Kolmiomaisena antiprismana oktaedri liittyy kuusikulmaisen dihedraalisen symmetrian perheeseen.

Tasainen kuusikulmainen kaksitahoinen pallomainen monitahoinen
Symmetria : [6,2] , (*622) [6,2] + , (622) [6,2 + ], (2*3)
CDel node 1.pngCDel 6.pngCDel node.pngCDel 2.pngCDel node.png CDel node 1.pngCDel 6.pngCDel node 1.pngCDel 2.pngCDel node.png CDel node.pngCDel 6.pngCDel node 1.pngCDel 2.pngCDel node.png CDel node.pngCDel 6.pngCDel node 1.pngCDel 2.pngCDel node 1.png CDel node.pngCDel 6.pngCDel node.pngCDel 2.pngCDel node 1.png CDel node 1.pngCDel 6.pngCDel node.pngCDel 2.pngCDel node 1.png CDel node 1.pngCDel 6.pngCDel node 1.pngCDel 2.pngCDel node 1.png CDel node h.pngCDel 6.pngCDel node h.pngCDel 2x.pngCDel node h.png CDel node.pngCDel 6.pngCDel node h.pngCDel 2x.pngCDel node h.png
{6,2} t{6,2} r{6,2} t{2,6} {2,6} rr{2,6} tr{6,2 sr{6,2} s{2,6}
Heidän kaksoispolyhedransa
V6 2 V12 2 V6 2 V4.4.6 v26_ _ V4.4.6 V4.4.12 V3.3.3.6 V3.3.3.3
Homogeenisten antiprismien perhe n .3.3.3
Polyhedron
Mosaiikki
Kokoonpano V2.3.3.3 3.3.3.3 4.3.3.3 5.3.3.3 6.3.3.3 7.3.3.3 8.3.3.3 9.3.3.3 10.3.3.3 11.3.3.3 12.3.3.3 ... ∞.3.3.3

Neliönmuotoinen bipyramidi

Bipyramidi perhe
Polyhedron
Mosaiikki
Kokoonpano V2.4.4 V3.4.4 V4.4.4 V5.4.4 V6.4.4 V7.4.4 V8.4.4 V9.4.4 V10.4.4 ... V∞.4.4

Katso myös

Muistiinpanot

  1. Selivanov D. F. ,. Geometrinen runko // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 nidettä (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.
  2. Finbow, Hartnell, Nowakowski, Plummer, 2010 , s. 894–912.
  3. 1 2 3 Weisstein, Eric W. Octahedron  (englanniksi) Wolfram MathWorld -verkkosivustolla .
  4. Steven Dutch. Polyhedra-luettelo (linkki ei saatavilla) . Haettu 8. marraskuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 10. lokakuuta 2011. 
  5. Polyhedrien laskeminen . Haettu 8. marraskuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 6. toukokuuta 2016.
  6. Arkistoitu kopio . Haettu 14. elokuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 17. marraskuuta 2014.
  7. Klein, 2002 , s. 633–649.
  8. Williams, 1979 .
  9. Daniel Husonin kaksiulotteiset symmetriamutaatiot

Kirjallisuus

Linkit