正十二面體,通常簡稱為“十二面體”,是柏拉圖立體,由 20 個多面體頂點、30 條多面體邊和 12 個五邊形面組成,
。上面展示了它的圖形,以及線框版本和一個可用於其構造的網格。
正十二面體也是 Maeder 索引為 23 (Maeder 1997)、Wenninger 索引為 5 (Wenninger 1989)、Coxeter 索引為 26 (Coxeter et al. 1954) 和 Har'El 索引為 28 (Har'El 1993) 的均勻多面體。它由施萊夫利符號
和 Wythoff 符號
表示。
上面展示了正十二面體的若干對稱投影。
正十二面體在 Wolfram 語言 中實現為Dodecahedron[] 或UniformPolyhedron["Dodecahedron"],預計算屬性可作為PolyhedronData["Dodecahedron"].
正十二面體有 43380 個不同的網格,與二十面體的數量相同 (Bouzette 和 Vandamme, Hippenmeyer 1979, Buekenhout 和 Parker 1998)。可以使用波利亞列舉定理來解決正十二面體的多面體著色問題。
上圖顯示了一個摺紙正十二面體,它由六個十二面體單元構成,每個單元由一張紙組成 (Kasahara 和 Takahama 1987, pp. 86-87)。
在埃舍爾 1943 年的石版畫“爬行動物”中,十二面體作為鱷魚狀蜥蜴正在攀登的樓梯的一部分出現 (Bool et al. 1982, p. 284; Forty 2003, Plate 32)。兩個十二面體也作為多面體“星形”出現在 M. C. 埃舍爾 1948 年的木刻版畫“星星”中 (Forty 2003, Plate 43)。在 1997 年電影超時空接觸中,運送艾莉·艾洛維 (朱迪·福斯特飾) 穿過蟲洞網路的 IPV 艙被封閉在一個十二面體框架中。
舊金山凱悅酒店展示了一個 40 英尺高的雕塑 (Nath 1999),名為 Eclipse。它由查爾斯·佩裡建造,由
塊陽極氧化鋁管組成,歷時四個月組裝完成 (Kraeuter 1999)。分層雕塑從正十二面體開始,但每個面然後向外旋轉。在旋轉的中點,它形成一個截半二十面體。然後,隨著 12 個五邊形繼續向外旋轉,它形成一個小斜方截半二十面體。
希臘人已知十二面體,在歐洲的許多考古發掘中發現了 90 個帶有旋鈕頂點的十二面體模型,其年代可追溯到高盧羅馬時期,地點從軍營到公共浴室再到寶箱 (Schuur)。
十二面體具有二十面體群
的對稱性。頂點的連通性由十二面體圖給出。有三個十二面體星狀體。
正十二面體是凸包,包含 立方體 5-複合體、二角十二面體、第三十二面體星狀體外殼、大二角截半二十面體、大菱形三十面體、大星形十二面體、菱形六十面體、小二角截半二十面體、四面體 5-複合體和四面體 10-複合體。
單位邊長十二面體的對偶多面體是邊長為
的二十面體,其中
是黃金比例。因此,二十面體面的中心形成一個十二面體,反之亦然 (Steinhaus 1999, pp. 199-201)。
一個平面垂直於十二面體的
軸,切開固體形成一個正六邊形橫截面 (Holden 1991, p. 27)。一個平面垂直於十二面體的
軸,切開固體形成一個正十邊形橫截面 (Holden 1991, p. 24)。
可以從十二面體的頂點中每次取八個來構建一個立方體 (左上圖;Steinhaus 1999, pp. 198-199; Wells 1991)。可以構造五個這樣的立方體,形成立方體 5-複合體。此外,連接面的中心會得到三個相互垂直的黃金矩形 (右圖;Wells 1991)。
菱形三十面體面的短對角線給出了十二面體的邊 (Steinhaus 1999, pp. 209-210)。
下表給出了可以透過給定高度
的稜錐增廣十二面體而構造的多面體。
當邊長為
的十二面體定向為兩個相對的面平行於
-平面時,頂部和底部面的頂點位於
,而其他多面體頂點位於
,其中
是黃金比例。顯式座標為
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(1)
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(2)
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其中
, 1, ..., 4,其中
是黃金比例。
八個十二面體可以放置在一個閉環中,如上圖所示 (Kabai 2002, pp. 177-178)。
邊長為
的十二面體的多面體頂點可以以簡單形式給出,即 (0,
,
)、(
, 0,
)、(
,
, 0) 和 (
,
,
)。
對於單位邊長
的十二面體,外接圓半徑
和 內切圓半徑
的 五邊形面為
矢高
由下式給出
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(5)
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現在考慮下圖。
在圖中,使用勾股定理得到
方程 (8) 可以寫成
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(9)
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同時解方程 (6)、(7) 和 (9) 得到
正十二面體的內切圓半徑由下式給出
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(13)
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所以
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(14)
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解
得到
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(15)
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現在,
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(16)
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所以外接圓半徑為
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(17)
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中半徑由下式給出
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(18)
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所以
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(19)
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二面角為
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(20)
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單位正十二面體的Dehn 不變數為
(OEIS A377787),其中第一個表示式使用 Conway et al. (1999) 的基。
單個面的面積是單位邊長五邊形的面積
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(24)
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因此表面積是此值的 12 倍,即
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(25)
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可以透過對 12 個組成五角錐體的體積求和來計算十二面體的體積,
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(26)
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阿波羅尼奧斯證明,對於具有相同內切圓半徑的二十面體和十二面體,
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(27)
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其中
是體積,
是表面積,實際比率為
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(28)
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另請參閱
增廣十二面體、
增廣截角十二面體、
開羅鑲嵌、
截半立方八面體、
三角六十面體、
十二邊形、
十二面體 2-複合體、
十二面體 5-複合體、
十二面體 6-複合體、
十二面體-二十面體複合體、
十二面體-小三方偏方面體二十面體複合體、
十二面體星狀體、
伸長十二面體、
大十二面體、
大星形十二面體、
雙曲十二面體、
二十面體、
雙增廣十二面體、
雙增廣截角十二面體、
鄰增廣十二面體、
鄰增廣截角十二面體、
多面體著色、
五角十二面體、
菱形十二面體、
菱形三十面體、
小星形十二面體、
星狀化、
三四面體、
三增廣十二面體、
三增廣截角十二面體、
三角十二面體、
三角函式值--pi/5、
截角十二面體、
截角四面體
使用 探索
參考文獻
Beyer, W. H. CRC Standard Mathematical Tables, 28th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 228, 1987.Bool, F. H.; Kist, J. R.; Locher, J. L.; and Wierda, F. M. C. Escher: His Life and Complete Graphic Work. New York: Abrams, 1982.Bouzette, S. and Vandamme, F. "The Regular Dodecahedron and Icosahedron Unfold in 43380 Ways." Unpublished manuscript.Buekenhout, F. and Parker, M. "The Number of Nets of the Regular Convex Polytopes in Dimension
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請引用本文為
Weisstein, Eric W. "正十二面體。" 摘自 Web 資源。 https://mathworld.tw/RegularDodecahedron.html
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