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八面体方程


OctahedralEquationOrientations

八面体方程,类似于二十面体方程,是一组相关方程,源于八面体的射影几何。考虑一个八面体,中心位于(0,0,0)z轴沿着四重 (C_4) 旋转对称轴定向,并且顶部四个边之一位于xz平面内(左图)。在此图中,顶点以黑色显示,面中心以红色显示,边中点以蓝色显示。

OctahedralEquationProjections

最简单的八面体方程是通过使用从其外接球南极到平面z=0球极投影,投影单位外接圆半径的八面体的顶点来定义的,并将这些顶点位置(在复xy平面中解释为复数量)表示为代数方程的根。结果投影如上左图所示,黑点为顶点位置。结果方程是

 z^5-z=0,
(1)

其中z此处指的是复平面中的坐标(不是投影平面上方的高度),并且方程是 5 阶而不是 6 阶,因为位于(0,0,-1)的顶点被变换为无穷远并已被省略。

如果改为投影单位内切圆半径的八面体(上图第二个图),则表示面中心位置(红点)的方程由下式给出

 1+14z^4+z^8=0.
(2)

最后,如果投影单位中半径的八面体(上图右图),则表示边中点位置(蓝点)的方程由下式给出

 1-33z^4-33z^8+z^(12)=0.
(3)

请注意,由于这些方程涉及变量的 4 次幂倍数,因此将实体旋转2pi/8弧度会使量从z^4变为(ze^(2pii/8))^4=-z^4,从而产生相同的方程,模负号在z^4的奇次幂中,这对应于将根的位置绕虚轴翻转。

OctahedralEquationOrientations2
OctahedralEquationProjections2

如果八面体改为定向,使其顶面和底面平行于xy平面,则给出投影顶点、面中心和边中点的相应方程为

z^6+5sqrt(2)z^3-1=0
(4)
2sqrt(2)z^7-7z^4-2sqrt(2)z=0
(5)
z^(12)-22sqrt(2)z^9-22sqrt(2)z^3-1=0,
(6)

分别地。


另请参阅

二十面体方程, 八面体图, 八面体, 四面体方程

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请引用为

Weisstein, Eric W. “八面体方程。” 来自 MathWorld--一个 Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/OctahedralEquation.html

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