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Dehn 不變數


Dehn 不變數是使用三維多面體的角度和邊長定義的常數。它之所以重要,是因為它在多面體剖分和重組下保持不變。

Dehn (1902) 表明,兩個可相互剖分的多面體必須具有相等的 Dehn 不變數,從而解決了希爾伯特問題中的第三個問題。後來,Sydler (1965) 表明,兩個多面體可以相互剖分當且僅當它們具有相同的體積和相同的 Dehn 不變數。

Dehn 不變數為零是多面體成為空間填充必要條件(但不是充分條件)。一般來說,根據上述結果,一個多面體要麼本身是空間填充的,要麼可以被切割並重新組裝成空間填充的多面體當且僅當其 Dehn 不變數為零。

平行多面體的 Dehn 不變數為 0。

Conway等人 (1999) 將角度 theta 稱為“純大地測量角”,如果其六個平方三角函式中的任何一個(因此每個)都是有理數(或無窮大),使用“混合大地測量角”表示純大地測量角與有理係數的線性組合,併為素數 p 和無平方正整數 d 定義某些角度 <p>_d。然後,他們表明每個純大地測量角都可以唯一地表示為 pi 的有理倍數加上角度 <p>_d 的整數線性組合,這意味著由 pi 補充的角度 <p>_d 構成了混合大地測量角空間的基礎。然後,他們表明,如果 tantheta=bsqrt(d)/a 對於整數 abd,其中 d 是無平方正整數,ab 互質,並且如果 a^2+db^2 的素因數分解為 p_1p_2...p_n (包括重數),則

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

對於某些有理數 t

<p>_d 的顯著值包括

<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二面角正十二面體的二面角,alpha_i正二十面體的二面角,alpha_t正四面體的二面角。

Conway等人 (1999) 使用這些結果,給出了單位柏拉圖和非扭稜阿基米德立體的角度基 <p>_d 表示的 Dehn 不變數。

許多多面體的預計算 Dehn 不變數在 Wolfram 語言中實現為PolyhedronData[poly,"DehnInvariant"].


另請參閱

二面角, 剖分, Ehrhart 多項式, 希爾伯特問題, 多面體剖分

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參考文獻

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.

引用自

Dehn 不變數

請引用為

Weisstein, Eric W. "Dehn 不變數。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/DehnInvariant.html

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