二面体
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部分的二面体 | |
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![]() 一角形二面体 |
![]() 环形二面体{4,4}1,1 |
![]() 一角锥 |
![]() 二面形 |
在几何学中,二面体是指由2个面组成的多面体,但由于三维空间中的多面体至少要具有4个面,因此少于四个面的多面体只能是退化的,换句话说,小于4个面的多面体无法具有非零的体积。二面体中最常见的就是多边形二面体,即由两个全等的平面图型封闭出的零体积空间所形成的退化多面体。最简单的二面体是一种球面镶嵌:一角形二面体,它的对偶是一面形。另外二面体也可以以环形多面体或正则地区图的形式存在。
二面体中不存在任何柱体,因为如果柱体要仅有两个面,代表其不存在侧面,而这样的立体就不是柱体了。
常见的二面体
[编辑]平面图形
[编辑]任何平面图形都可以视为一个二面体,并且属于二面体群。
若将一封闭的平面图形放置于三维空间也可以视为一个二面体,如多边形二面体。他们皆属于二面体群,是透镜空间的基本域[1]。
球面镶嵌
[编辑]名称 | 二面形 | 一角形二面体 | 多边形二面体 |
---|---|---|---|
图像 | ![]() |
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施莱夫利符号 | {2,2} | {1,2} h{2,2} |
{n,2} |
考克斯特记号 | ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
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二面形
[编辑]一个二面形,是一种由二个镶嵌在球体上的球弓形组成的多面形,施莱夫利符号中利用{2,2}来表示,该符号表达了二面形的结构——每个顶点都是2个二角形的公共顶点。
一角形二面体
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b2/Hengonal_dihedron.png/220px-Hengonal_dihedron.png)
一角形二面体,又称为双一角形(dimonogon[2])是一种退化的多边形二面体,由2个一角形组成,这个几何结构只有1个顶点,该顶点为2个一角形的公共顶点,在施莱夫利符号中用{1,2}表示,其具有2个面、1条边和1个顶点,对偶多面体是一个一面体:一面形。[2]
在球面几何学中,一角形二面体是一个球面上的一个圆上任一顶点。这形成了一个二面体,施莱夫利符号中利用{1,2}来表示,与的两个半球形一角形面,共用一个360°的边和一个顶点。它的对偶是一面形,施莱夫利符号中利用{2,1}来表示,具有一个二角形面(一个完整的360°弓形),一个180°的边缘,和两个顶点,因此属于一面体。
![]() 作为正则地区图的一角形二面体。两个面分别以蓝色和黄色表示 |
![]() 截角的一角形二面体,红色为截角的截面,所形成的立体为三面形 |
一角锥
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/Spherical_henagonal_pyramid.svg/220px-Spherical_henagonal_pyramid.svg.png)
一角锥是指底面为一角形的锥体,由于其底面为一角形,因此在欧几里得空间中,其已经退化无法拥有体积。在球面几何学中,其可以作为球面镶嵌,此时的一角锥由1个球面一角形和1个球面三角形构成。这种一角锥共有2个面、2条边和2个顶点。一角锥的对偶多面体同样是一角锥,因此是一种自身对偶的多面体。
双一角锥
[编辑]双一角锥是以一角形为底的双锥体,为一角柱的对偶多面体。由于其以一角形为底,因此在欧几里得空间中,其已经退化无法拥有体积。在球面几何学中,其可以作为球面镶嵌,这种双一角锥由2个面、3条边和3个顶点组成,其两个面都是三角形,但拓扑结构与三角形二面体不同,其中的两个顶点为对跖点,剩下的一个顶点位于赤道面上连结与对跖点相连的两条边。双一角锥的对偶多面体为一角柱。
环形多面体
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/66/Torus_square_tiling_2x1.png/220px-Torus_square_tiling_2x1.png)
部分的环形多面体也是二面体,例如{4,4}1,1是一种环形二面体[5],为环面上的两个四边形面共用2个顶点和4条边;以及{3,6}1,0也是一种环面二面体,为环面上两个三角形共用一个顶点和三条边。
正则地区图
[编辑]部分的正则地区图由两个面组成,可以视为二面体的一种,例如亏格为2的二面正则地区图有S2:{8,4}、S2:{6,6}和S2:{5,10}。其中S2:{8,4}为由两个八边形面共用4个顶点和8条边[6],并且八边形在顶点周围自我重复相邻两次,也就是顶点周围围绕著4个八边形,且对应的皮特里多边形为八边形,因此其在施莱夫利符号中可以用{8,4}8来表示[7];S2:{6,6}为由两个六边形共用两个顶点和6条边[8],并且六边形在顶点周围自我重复相邻三次,也就是其顶点周围围绕著六个六边形,且对应的皮特里多边形为二角形,因此在施莱夫利符号中可以用{6,6}2来表示[7];S2:{5,10}为由两个五边形共用一个顶点和5条边[9],并且五边形在顶点周围自我重复相邻五次,也就是其顶点周围围绕著10个五边形,且对应的皮特里多边形为二角形,因此在施莱夫利符号中可以用{5,10}2来表示[7]。
亏格 | 名称 | 施莱夫利符号 | 顶点 | 边 | 面 | 组成面 | 顶点图 | 皮特里多边形 | 对偶 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2[7] | S2:{8,4} | {8,4}8 | 4 | 8 | 2 | 八边形 | 四边形(4个八边形的公共顶点) | 八边形 | S2:{4,8}(4个面) |
S2:{6,6} | {6,6}2 | 2 | 6 | 2 | 六边形 | 六边形(6个六边形的公共顶点) | 二角形 | 自身对偶 | |
S2:{5,10} | {5,10}2 | 1 | 5 | 2 | 五边形 | 十边形(10个五边形的公共顶点) | 二角形 | S2:{10,5}(1个面) | |
3[10] | S3:{12,4} | {12,4}6 | 6 | 12 | 2 | 十二边形 | 四边形(4个十二边形的公共顶点) | 六边形 | S3:{4,12}(6个面) |
S3:{8,8}4 | {8,8}4 | 2 | 8 | 2 | 八边形 | 八边形(8个八边形的公共顶点) | 四边形 | 自身对偶[11][12] | |
S3:{8,8}2 | {8,8}2 | 二角形 | |||||||
S3:{7,14} | {7,14}2 | 1 | 7 | 2 | 七边形 | 十四边形(14个七边形的公共顶点) | 二角形 | S3:{14,7}(1个面) | |
4[13] | S4:{16,4} | {16,4}16 | 8 | 16 | 2 | 十六边形 | 四边形(4个十六边形的公共顶点) | 十六角形 | S4:{4,16}(8个面) |
S4:{12,6} | {12,6}4 | 4 | 12 | 2 | 十二边形 | 六边形(6个十二边形的公共顶点) | 四边形 | S4:{6,12}(4个面) | |
S4:{10,10} | {10,10}2 | 2 | 10 | 2 | 十边形 | 十边形(10个十边形的公共顶点) | 二角形 | 自身对偶 | |
S4:{9,18} | {9,18}2 | 1 | 9 | 2 | 九边形 | 十八边形(18个九边形的公共顶点) | 二角形 | S4:{18,9}(1个面) |
圆锥
[编辑]在不严谨的情况下,圆锥也能算是一种二面体,因为它可以看做是只有两个面的几何体,由一曲面(侧面)和一圆形平面(底面)所组成。
二面体列表
[编辑]名称 | 种类 | 图像 | 符号 | 顶点 | 边 | 面 | χ | 面的种类 | 对称性 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
一角形二面体 | 多边形二面体 | ![]() |
{1,2}![]() ![]() ![]() |
1 | 1 | 2 | 2 | 2个一角形![]() |
C1v (*22) |
二面形 | 多面形 多边形二面体 |
![]() |
{2,2}![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
2 | 2 | 2 | 2 | 2个二角形![]() |
D2h (*222) |
一角锥 | 角锥 退化多面体 球面多面体 |
![]() |
( )∨{1} | 2 | 2 | 2 | 2 | 1个一角形 1个三角形 |
C1v, [1] |
双一角锥 | 双锥体 退化多面体 球面多面体 |
![]() |
{ }+{1} | 3 | 3 | 2 | 2 | 2个三角形 | D1h, [1,2], (*221) order 4 |
四面形半形 (hemi-4-hosohedron)[14] |
多面形 多面体半形 |
{2,4}4/2 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2个二角形![]() |
||
三维多边形 | 多边形二面体 | ![]() |
{n,2}![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
n | n | 2 | 2 | 2个全等的多边形![]() |
Dnh (*n22) |
二阶无限边形镶嵌[16] | 镶嵌图 | ![]() |
{∞,2}![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
∞ | ∞ | 2 | 2 | 2个无限边形![]() |
[∞,2], (*∞22) |
{4,4}1,1 | 环形多面体 | ![]() |
{4,4}1,1 | 2 | 4 | 2 | 0 | 2个正方形![]() |
|
{3,6}1,0 | 环形多面体 | ![]() |
{3,6}1,0 | 1 | 3 | 2 | 0 | 2个正三角形![]() |
|
S2:{8,4}[6] | 正则地区图 | {8,4}8[7] | 4 | 8 | 2 | -2 | 2个八边形 | ||
S2:{6,6}[8] | 正则地区图 | {6,6}2[7] | 2 | 6 | 2 | -2 | 2个六边形 | ||
S2:{5,10}[9] | 正则地区图 | {5,10}2[7] | 1 | 5 | 2 | -2 | 2个五边形 | ||
圆锥体 | 非严格多面体 曲面 柱体 |
![]() |
1 | 1 | 2 | 2 | 1个曲面 1个圆形 |
参见
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ Gausmann, Evelise; Roland Lehoucq, Jean-Pierre Luminet, Jean-Philippe Uzan, Jeffrey Weeks. Topological Lensing in Spherical Spaces. Classical and Quantum Gravity. 2001, 18: 5155–5186. arXiv:gr-qc/0106033
. doi:10.1088/0264-9381/18/23/311.
- ^ 2.0 2.1 2.2 The dimonogon. weddslist.com. [2022-12-15]. (原始内容存档于2021-07-31).
- ^ The 3-hosohedron. weddslist.com. [2022-12-15]. (原始内容存档于2022-12-15).
- ^ Coxeter, H. S. M.; Moser, W. O. J., Generators and Relations for Discrete Groups, Ergebnisse der Mathematik und ihrer Grenzgebiete 14 4th, Springer Verlag, 1980, ISBN 978-0-387-09212-6
- ^ Coxeter 1980 [4], 8.3 Maps of type {4,4} on a torus.
- ^ 6.0 6.1 S2:{8,4}. weddslist.com. [2022-12-15].
- ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 Regular maps in the orientable surface of genus 2. weddslist.com. [2022-12-15]. (原始内容存档于2022-11-29).
- ^ 8.0 8.1 S2:{6,6}. weddslist.com. [2022-12-15].
- ^ 9.0 9.1 S2:{5,10}. weddslist.com. [2022-12-15].
- ^ Regular maps in the orientable surface of genus 3. weddslist.com. [2022-12-15]. (原始内容存档于2021-10-19).
- ^ S3:{8,8}4. weddslist.com. [2022-12-15].
- ^ S3:{8,8}2. weddslist.com. [2022-12-15].
- ^ Regular maps in the orientable surface of genus 4. weddslist.com. [2022-12-15]. (原始内容存档于2021-10-19).
- ^ The hemi-4-hosohedron. weddslist.com. [2022-12-15]. (原始内容存档于2020-02-01).
- ^ The Symmetries of Things 2008, John H. Conway, Heidi Burgiel, Chaim Goodman-Strass, ISBN 978-1-56881-220-5
- ^ Conway (2008)[15], p. 263
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