扭稜四角反角柱 (英文 :Snub square antiprism)是詹森多面體 的其中一個,其所引為J85 [ 1] 。它無法由柏拉圖立體 (正多面體 )和阿基米得立體 (半正多面體 )經過切割、增補而得來。扭稜四角反角柱是詹森多面體中的基本立體之一。詹森多面體是凸多面體 ,面皆由正多邊形組成但不屬於均勻多面體,共有92種。這些立體最早在1966年由諾曼·詹森 (Norman Johnson)命名並給予描述[ 2] 。
性質
扭稜四角反角柱共由26個面 、40條邊 和16頂點 所組成[ 3] [ 4] [ 5] 。在其26個面中,有24個三角形和2個正方形[ 3] 。在其16個頂點中,有8個頂點是5個三角形的公共頂點[ 5] ,在頂點圖 中可以用[35 ]來表示[ 6] 、另外8個頂點是4個三角形和1個正方形的公共頂點[ 5] ,在頂點圖中可以用[34 ,4]來表示[ 6] 。
構造
形如其名地,扭稜四角反角柱可以透過將四角反角柱 套用扭稜 變換來構造。在施萊夫利符號 中可以表示為ss{2,8},其中s{2,8}是四角反角柱 [ 7] ,其中的扭稜是考克斯特扭稜 ;而在康威扭稜 中,扭稜四角反角柱可以透過將四角錐套用康威扭稜 來構造,在康威多面體表示法 中可以表示為sY4[ 8] 。
體積與表面積
若一個扭稜四角反角柱邊長為
a
{\displaystyle a}
,則其表面積
A
{\displaystyle A}
為:[ 9]
A
=
(
2
+
6
3
)
a
2
≈
12.39230
a
2
,
{\displaystyle A=\left(2+6{\sqrt {3}}\right)a^{2}\approx 12.39230a^{2},}
[ 10]
而其體積
V
{\displaystyle V}
為:
V
=
ξ
a
3
,
{\displaystyle V=\xi a^{3},}
其中
ξ
≈
3.60122
{\displaystyle \xi \approx 3.60122}
是下列多項式的最大實根:
531441
x
12
−
85726026
x
8
−
48347280
x
6
+
11588832
x
4
+
4759488
x
2
−
892448.
{\displaystyle 531441x^{12}-85726026x^{8}-48347280x^{6}+11588832x^{4}+4759488x^{2}-892448.}
[ 11]
頂點座標
令
k
{\displaystyle k}
為下列三次式 的正實根,約為
k
≈
0.82354
{\displaystyle k\approx 0.82354}
:
9
x
3
+
3
3
(
5
−
2
)
x
2
−
3
(
5
−
2
2
)
x
−
17
3
+
7
6
.
{\displaystyle 9x^{3}+3{\sqrt {3}}\left(5-{\sqrt {2}}\right)x^{2}-3\left(5-2{\sqrt {2}}\right)x-17{\sqrt {3}}+7{\sqrt {6}}.}
和h約為
h
≈
1.35374
{\displaystyle h\approx 1.35374}
:
h
=
2
+
8
+
2
3
k
−
3
(
2
+
2
)
k
2
4
3
−
3
k
2
.
{\displaystyle h={\frac {{\sqrt {2}}+8+2{\sqrt {3}}k-3\left(2+{\sqrt {2}}\right)k^{2}}{4{\sqrt {3-3k^{2}}}}}.}
則邊長為2的扭稜四角反角柱的頂點座標由下列頂點的軌道 的並集在繞z軸旋轉90°和繞垂直於z軸並與x軸夾角22.5°的直線旋轉180°所產生的空間對稱群 之群作用 下給出:[ 12]
(
1
,
1
,
h
)
,
(
1
+
3
k
,
0
,
h
−
3
−
3
k
2
)
{\displaystyle (1,1,h),\,\left(1+{\sqrt {3}}k,0,h-{\sqrt {3-3k^{2}}}\right)}
扭稜反角柱
類似的造方式之多面體還有扭稜三角反角柱(施萊夫利符號:ss{2,6})為經過扭稜變換的三角反角柱 (可以視為一個對稱性較低的正八面體 ),其結果為偽二十面體 (可以視為一個對稱性較低的正二十面體 )。另一個為扭稜五角反角柱(施萊夫利符號:ss{2,10})甚至是更高邊數的扭稜反角柱,但其結果不會是由正三角形構成的凸多面體。邊數更少的扭稜二角反角柱(施萊夫利符號:ss{2,4})對應另一個詹森多面體——扭稜鍥形體 ,但必須在二角反角柱中保留兩個退化的對角面(以紅色繪製)。這些都可以視為一系列扭稜反角柱無窮序列的一項。[ 7]
扭稜反角柱
對稱性
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 (頂點:4、 邊:8、 面:6)
s{2,6} A3 (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ) (頂點:6、 邊:12、 面:8)
s{2,8} A4 (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ) (頂點:8、 邊:16、 面:10)
s{2,10} A5 (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ) (頂點:10、 邊:20、 面:12)
截角反角柱
ts{2,4} tA2 (頂點:16、邊:24、面:10)
ts{2,6} tA3 (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ) (頂點:24、 邊:36、 面:14)
ts{2,8} tA4 (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ) (頂點:32、 邊:48、 面:18)
ts{2,10} tA5 (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ) (頂點:40、 邊:60、 面:22)
對稱性
D2 , [2,2]+ , (222)
D3 , [3,2]+ , (322)
D4 , [4,2]+ , (422)
D5 , [5,2]+ , (522)
扭稜反角柱
J84
二十面體
J85
凹
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} (頂點:8、 邊:20、 面:14)
ss{2,6} (頂點:12、 邊:30、 面:20)
ss{2,8} (頂點:16、 邊:40、 面:26)
ss{2,10} (頂點:20、 邊:50、 面:32)
參見
參考文獻
^ Weisstein, Eric W. (编). Snub Square Antiprism . at MathWorld --A Wolfram Web Resource. Wolfram Research, Inc. (英语) .
^ Johnson, Norman W., Convex polyhedra with regular faces, Canadian Journal of Mathematics , 1966, 18 : 169–200, MR 0185507 , Zbl 0132.14603 , doi:10.4153/cjm-1966-021-8
^ 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).
^ The snub square antiprism . qfbox.info. [2022-09-09 ] . (原始内容存档 于2022-09-09).
^ 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).
^ 6.0 6.1 Richard Klitzing. snub square antiprism, snisquap . bendwavy.org. [2022-09-09 ] . (原始内容存档 于2022-01-25).
^ 7.0 7.1 Jim McNeill. Snub Anti-Prisms . orchidpalms.com. [2019-09-28 ] . (原始内容存档 于2019-03-27).
^ PolyHédronisme . [2022-09-09 ] . (原始内容存档 于2022-03-10).
^ Wolfram, Stephen . " Snub square antiprism" . from Wolfram Alpha : Computational Knowledge Engine, Wolfram Research (英语) .
^ Wolfram Research, Inc., Wolfram|Alpha Knowledgebase, Champaign, IL, 2020, PolyhedronData[{"Johnson", 85}, "SurfaceArea"]
^ Wolfram Research, Inc., Wolfram|Alpha Knowledgebase, Champaign, IL, 2020, MinimalPolynomial[PolyhedronData[{"Johnson", 85}, "Volume"], x]
^ 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 .
外部連結