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Dehn 不变量


Dehn 不变量是使用三维多面体的角度和边长定义的常数。它之所以重要,是因为它在多面体剖分和重组下保持不变。

Dehn (1902) 表明,两个可相互剖分的多面体必须具有相等的 Dehn 不变量,从而解决了希尔伯特问题中的第三个问题。后来,Sydler (1965) 表明,两个多面体可以相互剖分当且仅当它们具有相同的体积和相同的 Dehn 不变量。

Dehn 不变量为零是多面体成为空间填充必要条件(但不是充分条件)。一般来说,根据上述结果,一个多面体要么本身是空间填充的,要么可以被切割并重新组装成空间填充的多面体当且仅当其 Dehn 不变量为零。

平行多面体的 Dehn 不变量为 0。

Conway等人 (1999) 将角度 theta 称为“纯大地测量角”,如果其六个平方三角函数中的任何一个(因此每个)都是有理数(或无穷大),使用“混合大地测量角”表示纯大地测量角与有理系数的线性组合,并为素数 p 和无平方正整数 d 定义某些角度 <p>_d。然后,他们表明每个纯大地测量角都可以唯一地表示为 pi 的有理倍数加上角度 <p>_d 的整数线性组合,这意味着由 pi 补充的角度 <p>_d 构成了混合大地测量角空间的基础。然后,他们表明,如果 tantheta=bsqrt(d)/a 对于整数 abd,其中 d 是无平方正整数,ab 互质,并且如果 a^2+db^2 的素因数分解为 p_1p_2...p_n (包括重数),则

 theta=tpi+/-<p_1>_d+/-<p_2>_d+/-...+/-<p_n>_d
(1)

对于某些有理数 t

<p>_d 的显著值包括

<3>_2=sin^(-1)(sqrt(2/3))
(2)
=cos^(-1)(sqrt(1/3))
(3)
=tan^(-1)(sqrt(2))
(4)
=0.95531...
(5)
=1/2pi-1/2alpha_t
(6)
=54 degrees44^'8.2^('')
(7)
<3>_5=1/2sin^(-1)(sqrt(5/9))
(8)
=tan^(-1)(sqrt(1/5))
(9)
=0.42053...
(10)
=1/4pi-1/2alpha_i
(11)
=24 degrees5^'41.4^('')
(12)
<5>_1=sin^(-1)(sqrt(4/5))
(13)
=cos^(-1)(sqrt(1/5))
(14)
=tan^(-1)(2)
(15)
=1.10714...
(16)
=pi-alpha_d
(17)
=63 degrees26^'5.8^('')
(18)

(Conway等人 1999; OEIS A195696, A188595, 和 A105199), 其中 alpha_d二面角正十二面体的二面角,alpha_i正二十面体的二面角,alpha_t正四面体的二面角。

Conway等人 (1999) 使用这些结果,给出了单位柏拉图和非扭棱阿基米德立体的角度基 <p>_d 表示的 Dehn 不变量。

许多多面体的预计算 Dehn 不变量在 Wolfram 语言中实现为PolyhedronData[poly,"DehnInvariant"].


另请参阅

二面角, 剖分, Ehrhart 多项式, 希尔伯特问题, 多面体剖分

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参考文献

Conway, J. H.; Radin, C.; and Sadun, L. "On Angles Whose Squared Trigonometric Functions Are Rational." Discr. Computat. Geom. 22, 321-332, 1999.Dehn, M. "Über raumgleiche Polyeder." Nachr. Königl. Ges. der Wiss. zu Göttingen f. d. Jahr 1900, 345-354, 1900.Dehn, M. "Über den Rauminhalt." Math. Ann. 55, 465-478, 1902.Kagan, B. "Über die Transformation der Polyeder." Math. Ann. 57, 421-424, 1903.Sloane, N. J. A. Sequences A188595, A195696, and A105199 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."Sydler, J.-P. "Conditions nécessaires et suffisantes pour l'équivalence des polyèdres de l'espace euclidean à trois dimensions." Comment. Math. Helv. 40, 43-80, 1965.

Wolfram|Alpha 引用自

Dehn 不变量

请引用为

Weisstein, Eric W. "Dehn 不变量。" 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/DehnInvariant.html

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