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四面體方程


TetrahedralEquationOrientations

四面體方程,類似於 二十面體方程,是一組與 正八面體 的射影幾何相關的方程。考慮一個以 (0,0,0) 為中心的 四面體,其 z-軸方向為四重 (C_3) 旋轉對稱軸,並且頂部三個邊之一位於 xz-平面內(左圖)。在此圖中,頂點顯示為黑色,面中心顯示為紅色,邊中點顯示為藍色。

TetrahedralEquationProjections

最簡單的四面體方程是透過使用從其 外接球 南極到平面 z=0球面投影,投影單位 外接圓半徑 的四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)表示為代數方程的根。結果投影如上左圖所示,黑點是頂點位置。得到的方程是

 z^4-2sqrt(2)z=0,
(1)

其中 z 在這裡指的是複平面中的座標(不是投影平面上方的高度)。

如果改為投影單位 內切圓半徑 的四面體(上圖第二個圖),則表示面中心位置(紅點)的方程由下式給出

 2sqrt(2)z^3+1=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

 z^6+5sqrt(2)z^3-1=0.
(3)

請注意,由於這些方程涉及變數的 3 次冪的倍數,因此將實體旋轉 2pi/6 弧度會改變數從 z^3(ze^(2pii/6))^3=-z^3,從而產生相同的方程模 z^3 次冪的負號,這對應於繞虛軸翻轉根的位置。

TetrahedralEquationOrientations2
TetrahedralEquationProjections2

如果四面體改為定向,使其頂部和底部面平行於 xy-平面,則給出投影頂點、面中心和邊中點的相應方程為

9z^4-16iz^2+4=0
(4)
121z^4+16isqrt(3)z^2+4=0
(5)
4z^6-z^2=0,
(6)

分別。


另請參閱

二十面體方程, 八面體方程, 四面體圖, 四面體

使用 探索

請引用為

Weisstein, Eric W. "四面體方程。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/TetrahedralEquation.html

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