扭棱四角反角柱

扭棱四角反角柱英文:Snub square antiprism)是詹森多面体的其中一个,其所引为J85[1]。它无法由柏拉图立体正多面体)和阿基米得立体半正多面体)经过切割、增补而得来。扭棱四角反角柱是詹森多面体中的基本立体之一。詹森多面体是凸多面体,面皆由正多边形组成但不属于均匀多面体,共有92种。这些立体最早在1966年由诺曼·詹森英语Norman Johnson (mathematician)(Norman Johnson)命名并给予描述[2]

扭棱四角反角柱
扭棱四角反角柱
类别詹森多面体
J84 - J85 - J86
识别
名称扭棱四角反角柱
参考索引J85
鲍尔斯缩写
verse-and-dimensions的wikiaBowers acronym
snisquap
数学表示法
施莱夫利符号ss{2,8}在维基数据编辑
性质
26
40
顶点16
欧拉特征数F=26, E=40, V=16 (χ=2)
组成与布局
面的种类8+16个三角形
2个正方形
顶点图8个(35)
8个(34.4)
对称性
对称群D4v
特性
凸多面体
图像
立体图

展开图

性质

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扭棱四角反角柱共由26个、40条和16顶点所组成[3][4][5]。在其26个面中,有24个三角形和2个正方形[3]。在其16个顶点中,有8个顶点是5个三角形的公共顶点[5],在顶点图中可以用[35]来表示[6]、另外8个顶点是4个三角形和1个正方形的公共顶点[5],在顶点图中可以用[34,4]来表示[6]

构造

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形如其名地,扭棱四角反角柱可以透过将四角反角柱套用扭棱变换来构造。在施莱夫利符号中可以表示为ss{2,8},其中s{2,8}是四角反角柱[7],其中的扭棱是考克斯特扭棱;而在康威扭棱中,扭棱四角反角柱可以透过将四角锥套用康威扭棱来构造,在康威多面体表示法中可以表示为sY4[8]

体积与表面积

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若一个扭棱四角反角柱边长为 ,则其表面积 为:[9]

 [10]

而其体积 为:

 

其中 是下列多项式的最大实根:

 [11]

顶点座标

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 为下列三次式的正实根,约为 

 

和h约为 

 

则边长为2的扭棱四角反角柱的顶点座标由下列顶点的轨道的并集在绕z轴旋转90°和绕垂直于z轴并与x轴夹角22.5°的直线旋转180°所产生的空间对称群群作用下给出:[12]

 

扭棱反角柱

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类似的造方式之多面体还有扭棱三角反角柱(施莱夫利符号:ss{2,6})为经过扭棱变换的三角反角柱(可以视为一个对称性较低的正八面体),其结果为伪二十面体(可以视为一个对称性较低的正二十面体)。另一个为扭棱五角反角柱(施莱夫利符号:ss{2,10})甚至是更高边数的扭棱反角柱,但其结果不会是由正三角形构成的凸多面体。边数更少的扭棱二角反角柱(施莱夫利符号:ss{2,4})对应另一个詹森多面体——扭棱锲形体,但必须在二角反角柱中保留两个退化的对角面(以红色绘制)。这些都可以视为一系列扭棱反角柱无穷序列的一项。[7]

扭棱反角柱
对称性 D2d, [2+,4], (2*2) D3d, [2+,6], (2*3) D4d, [2+,8], (2*4) D5d, [2+,10], (2*5)
反角柱  
s{2,4}
A2
     
(顶点:4、 边:8、 面:6)
 
s{2,6}
A3页面存档备份,存于互联网档案馆
     
(顶点:6、 边:12、 面:8)
 
s{2,8}
A4页面存档备份,存于互联网档案馆
     
(顶点:8、 边:16、 面:10)
 
s{2,10}
A5页面存档备份,存于互联网档案馆
     
(顶点:10、 边:20、 面:12)
截角反角柱  
ts{2,4}
tA2
(顶点:16、边:24、面:10)
 
ts{2,6}
tA3页面存档备份,存于互联网档案馆
(顶点:24、 边:36、 面:14)
 
ts{2,8}英语truncated square antiprism
tA4页面存档备份,存于互联网档案馆
(顶点:32、 边:48、 面:18)
 
ts{2,10}
tA5页面存档备份,存于互联网档案馆
(顶点:40、 边:60、 面:22)
对称性 D2, [2,2]+, (222) D3, [3,2]+, (322) D4, [4,2]+, (422) D5, [5,2]+, (522)
扭棱反角柱 J84 二十面体 J85
sY3页面存档备份,存于互联网档案馆) = HtA3 sY4页面存档备份,存于互联网档案馆) = HtA4 sY5页面存档备份,存于互联网档案馆) = HtA5
 
ss{2,4}
(顶点:8、 边:20、 面:14)
 
ss{2,6}
(顶点:12、 边:30、 面:20)
 
ss{2,8}
(顶点:16、 边:40、 面:26)
 
ss{2,10}
(顶点:20、 边:50、 面:32)

参见

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参考文献

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  1. ^ Weisstein, Eric W. (编). Snub Square Antiprism. at MathWorld--A Wolfram Web Resource. Wolfram Research, Inc. (英语). 
  2. ^ Johnson, Norman W., Convex polyhedra with regular faces, Canadian Journal of Mathematics英语Canadian Journal of Mathematics, 1966, 18: 169–200, MR 0185507, Zbl 0132.14603, doi:10.4153/cjm-1966-021-8 
  3. ^ 3.0 3.1 David I. McCooey. Johnson Solids: Snub square antiprism. [2022-09-07]. (原始内容存档于2022-09-09). 
  4. ^ The snub square antiprism. qfbox.info. [2022-09-09]. (原始内容存档于2022-09-09). 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Snub square antiprism. polyhedra.tessera.li. [2022-09-09]. (原始内容存档于2022-09-09). 
  6. ^ 6.0 6.1 Richard Klitzing. snub square antiprism, snisquap. bendwavy.org. [2022-09-09]. (原始内容存档于2022-01-25). 
  7. ^ 7.0 7.1 Jim McNeill. Snub Anti-Prisms. orchidpalms.com. [2019-09-28]. (原始内容存档于2019-03-27). 
  8. ^ PolyHédronisme. [2022-09-09]. (原始内容存档于2022-03-10). 
  9. ^ Wolfram, Stephen. "Snub square antiprism". from Wolfram Alpha: Computational Knowledge Engine, Wolfram Research (英语). 
  10. ^ Wolfram Research, Inc., Wolfram|Alpha Knowledgebase, Champaign, IL, 2020, PolyhedronData[{"Johnson", 85}, "SurfaceArea"] 
  11. ^ Wolfram Research, Inc., Wolfram|Alpha Knowledgebase, Champaign, IL, 2020, MinimalPolynomial[PolyhedronData[{"Johnson", 85}, "Volume"], x] 
  12. ^ Timofeenko, A. V. The non-Platonic and non-Archimedean noncomposite polyhedra. Journal of Mathematical Science. 2009, 162 (5): 725. S2CID 120114341. doi:10.1007/s10958-009-9655-0. 

外部链接

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