Фаска (геометрия)

Фаска или усечение рёбер в геометрии — это топологическая операция, которая преобразует многогранник в другой многогранник. Операция подобна растяжению, передвигающему грани, удаляя их от центра. Для трёхмерных многогранников операция фаски добавляет новую шестиугольную грань вместо каждого исходного ребра.

Куб без фаски, с небольшой фаской и с глубокой фаской

В нотации Конвея операция представляется буквой c. Многогранник с e рёбрами будет иметь после операции фаски 2e новых вершин, 3e новых рёбер и e новых шестиугольных граней.

Правильный многогранник с фаской

В разделах ниже описаны детально пять правильных многогранников с фаской. Каждый показан в версии с рёбрами одинаковой длины и в канонической версии, в которой все рёбра касаются одной и той же полувписанной сферы. (Они выглядят заметно по-другому для тел, содержащих треугольные грани.) Показанные двойственные многогранники являются двойственными для канонических версий.

Исходный
{3,3}

{4,3}

{3,4}

{5,3}

{3,5}
С фаской

Тетраэдр с фаской

Тетраэдр с фаской

(с равными длинами рёбер)
Нотация КонвеяcT
Многогранник ГолдбергаGPIII(2,0) = {3+,3}2,0
Граней4 треугольника
6 шестиугольников
Рёбер24 (2 типа)
Вершин16 (2 типа)
Конфигурация вершины(12) 3.6.6
(4) 6.6.6
Группы симметрииТетраэдральная (Td)
Двойственный многогранникальтернированный триакисоктаэдр
Свойствавыпуклый, грани равносторонние

развёртка

Тетраэдр с фаской (или альтернировнный усечённый куб) — это выпуклый многогранник, построенный как альтернированно усечённый куб или как операция фаски на тетраэдре, заменяющая его 6 рёбер шестиугольниками.

Многогранник является многогранником Голдберга GIII(2,0), содержащим треугольные и шестиугольные грани.

Усечённый тетраэдр выглядит подобным образом, но его шестиугольники соответствуют 4 вершинам тетраэдра, а не его 6 рёбрам.
Фаски тетраэдра и связанные тела

тетраэдр с фаской (канонический)

двойственный для тетратетраэдра (октаэдра)

тетраэдр с фаской (канонический)

альтернированный триакисоктаэдр

октаэдр

альтернированный триакисоктаэдр

Куб с фаской

Куб с фаской

(с равными длинами сторон)
Нотация КонвеяcC = t4daC
Многогранник ГолдбергаGPIV(2,0) = {4+,3}2,0
Вершин6 квадратов
12 шестиугольников
Рёбер48 (2 типа)
Вершин32 (2 типа)
Конфигурация вершины(24) 4.6.6
(8) 6.6.6
СимметрияOh, [4,3], (*432)
Th, [4,3+], (3*2)
Двойственный многогранникТетракискубооктаэдр
Свойствавыпуклый, зоноэдр, грани равносторонние

развёртка

Куб с фаской — это выпуклый многогранник с 32 вершинами, 48 рёбрами и 18 гранями — 12 шестиугольников и 8 квадратов. Многогранник строится как снятие фаски у куба. Квадраты уменьшаются в размерах и новые шестиугольные грани добавляются вместо всех исходных рёбер. Его двойственным является тетракискубооктаэдр.

Многогранник не совсем точно называется усечённым ромбододекаэдром, хотя это имя и предполагает ромбокубооктаэдр. Более правильно называть его четыреусечённым ромбододекаэдром, поскольку усекаются только вершины порядка 4.

Шестиугольные грани являются равносторонними, но не являются правильными. Они образуются усечёнными ромбами, имеют 2 внутренних угла около 109.47° (=) и 4 внутренних угла 125.26°, в то время как у правильного шестиугольника все углы равны 120°.

Поскольку все грани многогранника имеют чётное число сторон с симметрией вращения 180°, многогранник является зоноэдром. Он является также многогранником Голдберга GPIV(2,0) или {4+,3}2,0, содержащим квадратные и шестиугольные грани.

Куб с фаской — это сумма Минковского ромбододекаэдра и куба с длиной стороны 1, когда восемь вершин ромбододекаэдра лежат в точках , а шесть вершин являются перестановками .

Куб с фаской можно построить с пиритоэдральной симметрией и прямоугольными гранями (справа). Его можно рассматривать как пентагондодекаэдр (слева) с 6 срезанными рёбрами. Такое встречается в кристаллах пирита.
Усечённый октаэдр выглядит похожим образом, но его шестиугольники соответствуют 8 вершинам куба, а не его 12 рёбрам.
Куб с фаской и связанные тела

Куб с фаской (канонический)

ромбододекаэдр

Октаэдр с фаской

Тетракискубооктаэдр

кубооктаэдр

триакискубооктаэдр

Октаэдр с фаской

Октаэдр с фаской

(с равными длинами сторон)
Нотация КонвеяcO = t3daO
Граней8 треугольников
12 шестиугольников
Рёбер48 (2 типа)
Вершин30 (2 типа)
Конфигурация вершины(24) 3.6.6
(6) 6.6.6
СимметрияOh, [4,3], (*432)
Двойственный многогранникТриакискубооктаэдр
Свойствавыпуклое

В геометрии октаэдр с фаской — это выпуклый многогранник, построенный из ромбододекаэдра путём усечения 8 вершин (порядка 3).

Многогранник можно назвать усечённым ромбододекаэдром, усечением порядка 3 вершин ромбододекаэдра.

8 вершин усекаются так, что все рёбра получают равную длину. Исходные 12 ромбических граней становятся плоскими шестиугольниками, а усечённые вершины превращаются в треугольники.

Шестиугольные грани имеют равные стороны, но грани правильными не являются.

Додекаэдр с фаской

Додекаэдр с фаской

(с равными длинами сторон)
Нотация Конвея tationcD = t5daD = dk5aD
Многогранник ГолдбергаGV(2,0) = {5+,3}2,0
ФуллеренC80[1]
Вершин12 пятиугольников
30 шестиугольников
Рёбер120 (2 типа)
Вершин80 (2 типа)
Конфигурация вершины(60) 5.6.6
(20) 6.6.6
Группы симметрииИкосаэдральная (Ih)
Двойственный многогранникпентакисикосидодекаэдр
Свойствавыпуклый, грани равносторонние

Додекаэдр с фаской — это выпуклый многогранник с 80 вершинами, 120 рёбрами и 42 гранями — 30 шестиугольников и 12 пятиугольников. Многогранник строится путём снятия фаски у правильного додекаэдра. Пятиугольники уменьшаются в размерах и добавляются новые шестиугольные грани на месте всех исходных рёбер. Многогранник двойственен пентакисикосидодекаэдру.

Многогранник не вполне правильно называется усечённым ромботриаконтаэдром. Правильнее было бы называть пятиусечённым ромботриаконтаэдром, поскольку усекаются только вершины порядка 5.

Усечённый икосаэдр выглядит похожим образом, но его шестиугольники соответствуют 20 вершинам додекаэдра, а не 30 его рёбрам.
Додекаэдр с фаской и связанные тела

додекаэдр с фаской (канонический)

ромботриаконтаэдр

икосододекаэдр с фаской (канонический)

пентакисикосидодекаэдр

икосододекаэдр

триакис икосододекаэдр

Икосаэдр с фаской

Икосододекаэдр с фаской

( с равными длинами сторон)
Нотация КонвеяcI = t3daI
Граней20 треугольников
30 шестиугольников
Рёбер120 (2 типа)
Вершин72 (2 типа)
Конфигурация вершины(24) 3.6.6
(12) 6.6.6
СимметрияIh, [5,3], (*532)
Двойственный многогранниктриакис икосододекаэдр
Свойствавыпуклый

В геометрии икосаэдр с фаской — это выпуклый многогранник, построенный из ромботриаконтаэдра путём усечения 20 вершин порядка 3. Шестиугольные грани можно сделать равносторонними, но они не будут правильными.

Многогранник можно также назвать усечённым ромботриаконтаэдром, усечением вершин ромботриаконтаэдра порядка 3.


Правильные мозаики с фаской

Правильные мозаики с фаской

Квадратная мозаика, Q
{4,4}

Треугольная мозаика, Δ
{3,6}

Шестиугольный паркет, H
{6,3}
{{cQ cΔ cH


Связь с многогранниками Голдберга

Операция снятия фаски, применённая кратно, создаёт многогранник с возрастающим числом граней, в которых рёбра предыдущего многогранника заменяются шестиугольниками. Операция снятия фаски преобразует GP(m,n) в GP(2m,2n).

Правильный многогранник GP(1,0) создаёт последовательность многогранников Голдберга GP(1,0), GP(2,0), GP(4,0), GP(8,0), GP(16,0)...

GP(1,0) GP(2,0) GP(4,0) GP(8,0) GP(16,0)...
GPIV
{4+,3}

C

cC

ccC

cccC
GPV
{5+,3}

D

cD

ccD

cccD

ccccD
GPVI
{6+,3}

H

cH

ccH

cccH

ccccH

Усечённый октаэдр или усечённый икосаэдр, GP(1,1) создаёт последовательность Голдберга GP(1,1), GP(2,2), GP(4,4), GP(8,8)....

GP(1,1) GP(2,2) GP(4,4)...
GPIV
{4+,3}

tO

ctO

cctO
GPV
{5+,3}

tI

ctI

cctI
GPVI
{6+,3}

tH

ctH

cctH

Усечённый Тетракисгексаэдр или пентакисдодекаэдр, GP(3,0), создаёт последовательность Голдберга GP(3,0), GP(6,0), GP(12,0)...

GP(3,0) GP(6,0) GP(12,0)...
GPIV
{4+,3}

tkC

ctkC
cctkC
GPV
{5+,3}

tkD

ctkD
cctkD
GPVI
{6+,3}

tkH

ctkH
cctkH

Многогранники и соты с фасками

Подобно операции расширения, операция фаски может быть применена в любой размерности. Для многогранников в 3-мерном пространстве операция утраивает число вершин. В более высоких размерностях создаются новые ячейки вокруг каждого ребра, при этом ячейки являются призмами, содержащими две копии исходной грани с пирамидами, добавленными к сторонам призмы.


См. также

Примечания

  1. C80 изомеры (недоступная ссылка). Дата обращения: 4 марта 2018. Архивировано 12 августа 2014 года.

Литература


Ссылки

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.