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五立方体复合体


Cube5Compounds

有许多吸引人的 多面体复合体 由五个立方体组成。其中第一个(左图)由五个 立方体 排列在 多面体顶点十二面体 (或 二十面体 的面的中心)组成。第一个五复合体可以通过从一个位于原点并沿轴线定向的初始 立方体 开始生成,然后通过绕轴 (1,phi,0) 旋转角度 -2npi/5 从初始立方体获得另外四个立方体,其中 n=1, 2, 3, 4。五立方体复合体是 五八面体复合体 的对偶,并且是 菱形三十面体星状体 之一 (Kabai 2002, p. 185)。

第二个复合体(右图)可以从第一个 四立方体复合体 的顶点构建(E. Weisstein,2023 年 9 月 19 日)。

Cube5CompoundsAndDuals

上面展示了这些五立方体复合体及其 五八面体复合体 对偶 和公共 中球体

五立方体复合体在 Wolfram 语言 中实现为PolyhedronData[{"CubeFiveCompound", n}],其中 n=1, 2。

Cube5CompoundsIntersectionsAndConvexHulls

对于第一个复合体,公共实体是 菱形三十面体 (Steinhaus 1999,第 199 和 209 页;Ball 和 Coxeter 1987),凸包是 正十二面体。对于第二个复合体,公共实体是上面展示的未命名实体,凸包是 倒角立方体

Cube5-CompoundStellations

上面精美的图形展示了从复合体内部开始并逐步包含其星状体包围的更大空间部分的结果 (M. Trott,私人通讯,2006 年 2 月 10 日)。因此,它们是 菱形三十面体星状体

第一个五立方体复合体可以内接在 增广十二面体, (第一个)四立方体复合体, 立方体-八面体五复合体, 增广 十二面体, 三角六十面体, 双三角三十面体, 十二面体, 棘面体, 大菱形三十面体, 大星形十二面体, 间增广十二面体, 邻增广十二面体, 五边六十面体, 五角十二面体, 菱形九十面体, 菱形六十面体, 菱形三十面体, 小三叶二十面体, 尖刺状体, 三角二十面体, 和 三增广十二面体 的顶点上(E. Weisstein,2009 年 12 月 25-28 日)。

第一个五立方体复合体的顶点包含在 十二面体-二十面体复合体, 双三角十二面体, 大双三角二十十二面体, 和 大星形十二面体 的顶点之中。

Cube5-CompoundNetCundy

在上图中,设 a=1立方体 多面体边 的长度。那么

x=1/2(3-sqrt(5))
(1)
theta=tan^(-1)((3-sqrt(5))/2) approx 20 degrees54^'
(2)
phi=tan^(-1)((sqrt(5)-1)/2) approx 31 degrees43^'
(3)
psi=90 degrees-phi approx 58 degrees17^'
(4)
alpha=90 degrees-theta approx 69 degrees06^'.
(5)

该复合体可以使用如上所示的部件构建(Cundy 和 Rollett 1989)。

Cube5-CompoundNet

上面显示了用于构建第一个复合体的网格,以便每个立方体可以制成不同的颜色。对于单位边长的立方体,得到的边长为

s_1=1/4sqrt(130-58sqrt(5))
(6)
s_2=1/2sqrt(27-12sqrt(5))
(7)
s_3=1/4sqrt(50-22sqrt(5))
(8)
s_4=sqrt(5)-2
(9)
s_5=1/4sqrt(42-18sqrt(5))
(10)
s_6=1/2sqrt(5-2sqrt(5))
(11)
s_7=1/2(3-sqrt(5)).
(12)

复合体的表面积为

 S=165sqrt(5)-360 approx 8.95,
(13)

与每个组成立方体的 S=6 相比。

由单位立方体组成的第一个复合体的外接球半径为

 R=1/2sqrt(3),
(14)

表面积和体积为

S=165sqrt(5)-360
(15)
V=1/2(55sqrt(5)-120).
(16)

另请参阅

立方体, 双三角十二面体, 十二面体, 五八面体复合体, 多面体复合体, 菱形三十面体, 菱形三十面体星状体

使用 探索

参考文献

Ball, W. W. R. 和 Coxeter, H. S. M. Mathematical Recreations and Essays, 13th ed. New York: Dover, pp. 135 和 137, 1987.Cundy, H. 和 Rollett, A. "Five Cubes in a Dodecahedron." §3.10.6 in Mathematical Models, 3rd ed. Stradbroke, England: Tarquin Pub., pp. 135-136, 1989.Hart, G. "Standard Compound of Five Cubes." http://www.georgehart.com/virtual-polyhedra/vrml/compound_of_5_cubes_(5_colors).wrl.Hart, G. "Standard Compound of Five Cubes." http://www.georgehart.com/virtual-polyhedra/vrml/cubes_A5_A4.wrl.Kabai, S. Mathematical Graphics I: Lessons in Computer Graphics Using Mathematica. Püspökladány, Hungary: Uniconstant, pp. 161 和 185, 2002.Steinhaus, H. Mathematical Snapshots, 3rd ed. New York: Dover, 1999.Verheyen, H. F. Symmetry Orbits. Boston, MA: Birkhäuser, 2007.

请引用为

Weisstein, Eric W. "五立方体复合体。" 来自 —— 资源。 https://mathworld.net.cn/Cube5-Compound.html

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