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八面體方程


OctahedralEquationOrientations

八面體方程,類似於二十面體方程,是一組相關方程,源於八面體的射影幾何。考慮一個八面體,中心位於(0,0,0)z軸沿著四重 (C_4) 旋轉對稱軸定向,並且頂部四個邊之一位於xz平面內(左圖)。在此圖中,頂點以黑色顯示,面中心以紅色顯示,邊中點以藍色顯示。

OctahedralEquationProjections

最簡單的八面體方程是透過使用從其外接球南極到平面z=0球極投影,投影單位外接圓半徑的八面體的頂點來定義的,並將這些頂點位置(在復xy平面中解釋為複數量)表示為代數方程的根。結果投影如上左圖所示,黑點為頂點位置。結果方程是

 z^5-z=0,
(1)

其中z此處指的是複平面中的座標(不是投影平面上方的高度),並且方程是 5 階而不是 6 階,因為位於(0,0,-1)的頂點被變換為無窮遠並已被省略。

如果改為投影單位內切圓半徑的八面體(上圖第二個圖),則表示面中心位置(紅點)的方程由下式給出

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

最後,如果投影單位中半徑的八面體(上圖右圖),則表示邊中點位置(藍點)的方程由下式給出

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

請注意,由於這些方程涉及變數的 4 次冪倍數,因此將實體旋轉2pi/8弧度會使量從z^4變為(ze^(2pii/8))^4=-z^4,從而產生相同的方程,模負號在z^4的奇次冪中,這對應於將根的位置繞虛軸翻轉。

OctahedralEquationOrientations2
OctahedralEquationProjections2

如果八面體改為定向,使其頂面和底面平行於xy平面,則給出投影頂點、面中心和邊中點的相應方程為

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)

分別地。


另請參閱

二十面體方程, 八面體圖, 八面體, 四面體方程

使用 探索

請引用為

Weisstein, Eric W. “八面體方程。” 來自 --一個 資源。 https://mathworld.tw/OctahedralEquation.html

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