五角二十四面體
在幾何學中,五角二十四面體是一種卡塔蘭多面體[1],由24個全等的不等邊五邊形組成,其對偶多面體為扭棱立方體[2],共有24個面、60個邊和38個頂點[3]。
(按這裡觀看旋轉模型) | ||||
類別 | 卡塔蘭立體 | |||
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對偶多面體 | 扭棱立方体 | |||
識別 | ||||
鮑爾斯縮寫 | pedid | |||
數學表示法 | ||||
考克斯特符號 | ||||
性質 | ||||
面 | 24 | |||
邊 | 60 | |||
頂點 | 38 | |||
歐拉特徵數 | F=24, E=60, V=38 (χ=2) | |||
二面角 | 136° 18' 33' | |||
組成與佈局 | ||||
面的種類 | V3.3.3.3.4 不等邊五邊形 | |||
對稱性 | ||||
對稱群 | O, ½BC3, [4,3]+, 432 | |||
旋轉對稱群 | O, [4,3]+, (432) | |||
特性 | ||||
凸、面可遞 | ||||
圖像 | ||||
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在礦物學中,這種形狀又稱為五角三八面體、螺旋二十四面體(gyroid)[4][5][6]、五角偏方三八面體或偏菱五角二十四面體[7],部分的礦石可以結晶成這種形狀[8],例如赤銅礦——化學成份為氧化亞銅(Cu2O)的氧化物礦物可以結晶成五角二十四面體[9]。
性質
五角二十四面體是一個手性多面體[10],也就是說,該多面體鏡射之後會跟原本的型形狀不同,無法藉由旋轉半周再回到原本的形狀[11][12][13]。這兩種形式互為鏡像(或“對映體”),又稱為手性鏡像,且其面、頂點、邊數皆相同,共有24個面、60個邊、38個頂點[3]。
五角二十四面體的旋轉透視圖 |
五角二十四面體的另一個手性鏡像的旋轉透視圖 |
五角二十四面體的對偶多面體為扭棱立方體,換句話說即這個多面體的頂點可以對應到扭棱立方體每個面的幾何中心、扭棱立方體的每個頂點可以對應到五角二十四面體的幾何中心。[14]
正交投影
五角二十四面體有三種具有特殊對稱性的正交投影,分別是以度為三的頂點為中心、以度為四的頂點為中心以及以與側邊中點為中心的正交投影。前兩者對稱性對分別應於A2和B2的考克斯特平面[17][18]。
投影位置 | 度為三的頂點 | 度為四的頂點 | 側邊中點 |
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投影對稱性 | [3] | [4]+ | [2] |
圖像 | |||
對偶多面體 |
變體
五角二十四面體有另外一種同樣所有面全等的變體。這種變體具有八面體群的對稱性,且具有3種不同的邊長。這種變體可以透過在扭棱立方體的6個正方形與8個三角形的面上加上角錐至與鄰面共面來構造[19]。
扭棱立方體的面上加上角錐至與鄰面共面 |
五角二十四面體變體 |
該變體地展開圖 |
相關多面體及鑲嵌
五角二十四面體的拓樸結構屬於(432)的旋轉對稱性[20],其他同為(n32)旋轉對稱性的幾何結構有:
扭棱鑲嵌對稱性 n32 的變種: 3.3.3.3.n | ||||||||
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對稱性 n32 |
球面鑲嵌 | 歐氏鑲嵌 | 緊湊雙曲 | 仿緊雙曲 | ||||
232 | 332 | 432 | 532 | 632 | 732 | 832 | ∞32 | |
考克斯特記號 | ||||||||
扭稜圖 | ||||||||
頂點圖 | 3.3.3.3.2 | 3.3.3.3.3 | 3.3.3.3.4 | 3.3.3.3.5 | 3.3.3.3.6 | 3.3.3.3.7 | 3.3.3.3.8 | 3.3.3.3.∞ |
扭稜對偶 | ||||||||
頂點佈局 | V3.3.3.3.2 | V3.3.3.3.3 | V3.3.3.3.4 | V3.3.3.3.5 | V3.3.3.3.6 | V3.3.3.3.7 | V3.3.3.3.8 | V3.3.3.3.∞ |
關於的拓樸結構屬於(432)的旋轉對稱性的五角二十四面體[20],亦可以從(4n2)旋轉對稱性進行比較。這些相關幾何結構包括:
扭棱鑲嵌對稱性 4n2 的變種: 3.3.4.3.n | ||||||||
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對稱性 4n2 |
球面鑲嵌 | 歐氏鑲嵌 | 緊湊雙曲 | 仿緊雙曲 | ||||
242 | 342 | 442 | 542 | 642 | 742 | 842 | ∞42 | |
扭稜圖 | ||||||||
頂點佈局 | 3.3.4.3.2 | 3.3.4.3.3 | 3.3.4.3.4 | 3.3.4.3.5 | 3.3.4.3.6 | 3.3.4.3.7 | 3.3.4.3.8 | 3.3.4.3.∞ |
扭稜對偶 | ||||||||
頂點佈局 | V3.3.4.3.2 | V3.3.4.3.3 | V3.3.4.3.4 | V3.3.4.3.5 | V3.3.4.3.6 | V3.3.4.3.7 | V3.3.4.3.8 | V3.3.4.3.∞ |
五角二十四面體是立方體經過扭棱變換後的對偶多面體[10],其他也是由立方體透過康威變換得到的多面體有:
對稱性: [4,3], (*432) | [4,3]+ (432) |
[1+,4,3] = [3,3] (*332) |
[3+,4] (3*2) | ||||||||
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{4,3} | t{4,3} | r{4,3} r{31,1} |
t{3,4} t{31,1} |
{3,4} {31,1} |
rr{4,3} s2{3,4} |
tr{4,3} | c{4,3} | sr{4,3} | h{4,3} {3,3} |
h2{4,3} t{3,3} |
s{3,4} s{31,1} |
= |
= |
= |
= or |
= or |
= | ||||||
對偶多面體 | |||||||||||
V43 | V3.82 | V(3.4)2 | V4.62 | V34 | V3.43 | V4.6.8 | V4.62/63 | V34.4 | V33 | V3.62 | V35 |
五角二十四面體圖
五角二十四面體圖 | |
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度分布 | 3 (32個) 4 (6個) |
顶点 | 38 |
边 | 60 |
半径 | 6 |
直径 | 7 |
围长 | 5 |
自同构群 | 24 |
色数 | 3 |
對偶圖 | 扭棱立方體圖 |
属性 | 哈密顿、平面图 |
在圖論的數學領域中,與五角二十四面體相關的圖為五角二十四面體圖,是五角二十四面體之邊與頂點的圖,同時也是拓樸結構與五角二十四面體等架的圖論,由38個節點和60條邊組成[21],是一個哈密顿图[22]。
參考文獻
- Williams, Robert. . Dover Publications, Inc. 1979. ISBN 0-486-23729-X. (Section 3-9)
- The Symmetries of Things 2008, John H. Conway, Heidi Burgiel, Chaim Goodman-Strass, ISBN 978-1-56881-220-5 (Chapter 21, Naming the Archimedean and Catalan polyhedra and tilings, page 287, pentagonal icosikaitetrahedron)
- Wenninger, Magnus, , Cambridge University Press, 1983, ISBN 978-0-521-54325-5, MR730208 (The thirteen semiregular convex polyhedra and their duals, Page 28, Pentagonal icositetrahedron)
- . polyhedra.org. [2020-08-01]. (原始内容存档于2008-07-14).
- . www.metafysica.nl. [2020-08-03]. (原始内容存档于2020-08-03).
- Stephen A. Nelson. . 2011-01-11 [2020-08-03]. (原始内容存档于2013-09-01).
- . 國家教育研究院. [2020-08-01]. (原始内容存档于2020-08-24).
- . 國家教育研究院. [2020-08-01]. (原始内容存档于2020-08-24).
- . (PDF). [2018-08-30]. (原始内容 (PDF)存档于2018-08-31).
- Hugo Steinhaus. . Dover Publications. 2011年12月28日: pp. 207, 209. ISBN 978-0486409146.
- Weisstein, Eric W. (编). . at MathWorld--A Wolfram Web Resource. Wolfram Research, Inc. (英语).
- Coxeter, H. S. M., , John Wiley and Sons: 282, 1995, ISBN 9780471010036.
- . dmccooey.com. [2020-08-01]. (原始内容存档于2020-08-24).
- . dmccooey.com. [2020-08-01]. (原始内容存档于2020-08-24).
- Holden, A. . Dover Books on Mathematics. Dover Publications. 1991: p.55. ISBN 9780486268514. LCCN 91020471.
- . fillygons.ch. [2020-08-01]. (原始内容存档于2020-08-24).
- Sloane, N.J.A. (编). . The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences. OEIS Foundation.
- 約翰·史坦布里奇. . math.lsa.umich.edu. [2020-08-01]. (原始内容存档于2018-02-10) (英语).
- 約翰·史坦布里奇. . math.lsa.umich.edu. [2020-08-01]. (原始内容存档于2017-08-21) (英语).
- Koca, Nazife and Koca, Mehmet. . Symmetry. 2017-08, 9: 148. doi:10.3390/sym9080148.
- Livio Zefiro, Maria Rosa Ardigo. . Dip.Te.Ris, Universita' di Genova, Italy. [2020-08-24]. (原始内容存档于2020-07-31).
- Hao, Jianqiang and Gong, Yunzhan and Sun, Jianzhi and Tan, Li. . Mathematics (Multidisciplinary Digital Publishing Institute). 2019, 7 (8): 690.
- Weisstein, Eric W. (编). . at MathWorld--A Wolfram Web Resource. Wolfram Research, Inc. (英语).
- Chartrand G., Johns G., Oellermann O.R. . Bodendiek R., Henn R. (编). . Physica-Verlag HD. 1990.