อ่าน 5 นาที
ทรงเรขาคณิตแบบอาร์คิมีเดียน
ทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนเป็นเซตของทรงหลายเหลี่ยมนูน 13 ทรง ซึ่งหน้าของทรงหลายเหลี่ยมเหล่านี้เป็นรูปหลายเหลี่ยมปกติและสมมาตรกับจุดยอดแม้ว่าจะไม่สมมาตรกับหน้าก็ตาม
ทรงเรขาคณิตแบบอาร์คิมีเดียน

ทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนเป็นเซตของทรงหลายเหลี่ยมนูน 13 ทรง ซึ่งหน้าของทรงหลายเหลี่ยมเหล่านี้เป็นรูปหลายเหลี่ยมปกติและสมมาตรกับจุดยอดแม้ว่าจะไม่สมมาตรกับหน้าก็ตาม ทรงหลายเหลี่ยมเหล่านี้ได้รับการตั้งชื่อตามอาร์คิมีดีสแม้ว่าเขาจะไม่ได้อ้างว่าเป็นผู้คิดค้นก็ตาม ทรงหลายเหลี่ยมเหล่านี้อยู่ในกลุ่มของทรงหลายเหลี่ยมเอกรูป ซึ่งเป็นทรงหลายเหลี่ยมที่มีหน้าปกติและจุดยอดสมมาตร ทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนบางทรงปรากฏในผลงานของศิลปินและนักคณิตศาสตร์ในช่วงยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา
ทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าไจโรบิคูโพลาหรือทรงเหลี่ยมลูกบาศก์แปดเหลี่ยมเทียม เป็นทรงหลายเหลี่ยม พิเศษ ที่มีหน้าปกติและจุดยอดที่เท่ากันทุกประการ อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วจะไม่นับว่าเป็นทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียน เนื่องจากไม่ใช่ทรงหลายเหลี่ยม ที่จุดยอดสมมาตร กัน
ของแข็ง
ทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนมี โครงสร้างจุดยอดเดียวและคุณสมบัติสมมาตรสูง โครงสร้างจุดยอดบ่งชี้ว่ารูปหลายเหลี่ยมปกติใดมาบรรจบกันที่จุดยอดแต่ละจุด ตัวอย่างเช่น โครงสร้างนี้บ่งชี้ถึงทรงหลายเหลี่ยมที่แต่ละจุดยอดมาบรรจบกันโดยรูปสามเหลี่ยมสองรูปและรูปห้าเหลี่ยมสองรูปสลับกัน คุณสมบัติสมมาตรสูงในกรณีนี้หมายความว่ากลุ่มสมมาตรของทรงหลายเหลี่ยมแต่ละทรงได้มาจากทรงหลายเหลี่ยมเพลโตซึ่งเป็นผลมาจากการสร้างทรงหลายเหลี่ยมเหล่านั้น[ 1 ]บางแหล่งข้อมูลกล่าวว่าทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนมีความหมายเหมือนกับ ทรงหลายเหลี่ยม กึ่งปกติ[ 2 ]อย่างไรก็ตาม นิยามของทรงหลายเหลี่ยมกึ่งปกติอาจรวมถึงตระกูลปริซึมและแอนติปริซึมอนันต์รวมถึง ไจโรบิคู โพลาสี่เหลี่ยมจัตุรัสยาว ด้วย [ 3 ]
โครงร่างของทรงตันอาร์คิมีเดียนสามารถวาดได้ในกราฟที่เรียกว่ากราฟอาร์คิมีเดียนกราฟดัง กล่าวเป็นกราฟ ปกติกราฟทรงหลายเหลี่ยม (และด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องมีกราฟระนาบที่เชื่อมต่อจุดยอด 3 จุด ด้วย ) และยังเป็นกราฟแฮมิลโทเนียน อีกด้วย [ 4 ]
| ชื่อ | ของแข็ง | การกำหนดค่าจุดยอด[ 5 ] | ใบหน้า[ 6 ] | ขอบ[ 6 ] | จุดยอด[ 6 ] | กลุ่มจุด[ 7 ] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ทรงสี่เหลี่ยมตัดยอด | 3.6.6 | สามเหลี่ยม 4 รูปหกเหลี่ยม 4 รูป | 18 | 12 | ทีดี | |
| คิวโบกตาเฮดรอน | 3.4.3.4 | สามเหลี่ยม 8 รูป สี่เหลี่ยม 6 รูป | 24 | 12 | โอ้ | |
| ลูกบาศก์ตัดยอด | 3.8.8 | สามเหลี่ยม 8 รูป แปดเหลี่ยม 6 รูป | 36 | 24 | โอ้ | |
| ทรงแปดเหลี่ยมตัดยอด | 4.6.6 | 6 สี่เหลี่ยมจัตุรัส8 หกเหลี่ยม | 36 | 24 | โอ้ | |
| รอมบิคิวบอตตาเฮดรอน | 3.4.4.4 | สามเหลี่ยม 8 รูป สี่เหลี่ยม18 รูป | 48 | 24 | โอ้ | |
| ทรงลูกบาศก์แปดเหลี่ยมตัดยอด | 4.6.8 | 12 สี่เหลี่ยมจัตุรัส8 หกเหลี่ยม6 แปดเหลี่ยม | 72 | 48 | โอ้ | |
| ลูกบาศก์สนับ | 3.3.3.3.4 | สามเหลี่ยม 32 รูป สี่เหลี่ยม6 รูป | 60 | 24 | โอ | |
| อิโคซิโดเดคาเฮดรอน | 3.5.3.5 | สามเหลี่ยม 20 รูป ห้าเหลี่ยม 12 รูป | 60 | 30 | ฉันh | |
| ทรงสิบสองเหลี่ยมตัดยอด | 3.10.10 | สามเหลี่ยม 20 รูป สิบเหลี่ยม12 รูป | 90 | 60 | ฉันh | |
| ทรงยี่สิบหน้าตัด | 5.6.6 | รูปห้าเหลี่ยม 12 รูปรูปหกเหลี่ยม 20 รูป | 90 | 60 | ฉันh | |
| รอมบิโคซิโดเดคาเฮดรอน | 3.4.5.4 | สามเหลี่ยม 20 รูปสี่เหลี่ยม 30 รูปห้าเหลี่ยม 12 รูป | 120 | 60 | ฉันh | |
| ทรงยี่สิบเหลี่ยมตัดยอด | 4.6.10 | สี่เหลี่ยมจัตุรัส 30 รูป หกเหลี่ยม20 รูป สิบเหลี่ยม12 รูป | 180 | 120 | ฉันh | |
| ทรงสิบสองเหลี่ยมแบบสนับ | 3.3.3.3.5 | สามเหลี่ยม 80 รูปห้าเหลี่ยม 12 รูป | 150 | 60 | ฉัน |
การสร้างทรงตันอาร์คิมีเดียนบางรูปเริ่มต้นจากทรงตันเพลโตการตัดเกี่ยวข้องกับการตัดมุมออก เพื่อรักษาความสมมาตร การตัดจะอยู่ในระนาบที่ตั้งฉากกับเส้นที่เชื่อมมุมกับจุดศูนย์กลางของทรงหลายเหลี่ยม และเหมือนกันสำหรับทุกมุม ตัวอย่างสามารถพบได้ในทรงยี่สิบหน้าตัดที่สร้างขึ้นโดยการตัดจุดยอดทั้งหมด ของ ทรงยี่สิบหน้า ออก ซึ่งมีสมมาตรเช่นเดียวกับทรงยี่สิบหน้า สมมาตรของทรงยี่สิบหน้า [ 8 ] หากการตัดลึกพอที่แต่ละคู่ของหน้าจากจุดยอดที่อยู่ติดกันจะใช้จุดร่วมกันเพียงจุดเดียว จะเรียกว่าการปรับแก้การขยายเกี่ยวข้องกับการย้ายแต่ละหน้าออกจากจุดศูนย์กลาง (ด้วยระยะทางเดียวกันเพื่อรักษาความสมมาตรของทรงตันเพลโต) และการหาขอบนูน ตัวอย่างหนึ่งคือ รอมบิคิวบอกตาเฮดรอน ซึ่งสร้างขึ้นโดยการแยกหน้าของลูกบาศก์หรือออกตาเฮดรอนออกจากจุดศูนย์กลางและเติมด้วยรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส[ 9 ] Snubคือกระบวนการสร้างรูปทรงหลายเหลี่ยมโดยการแยกหน้าของรูปทรงหลายเหลี่ยม บิดหน้าเหล่านั้นในมุมที่กำหนด และเติมด้วยรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าตัวอย่างสามารถพบได้ในลูกบาศก์ Snubและโดเดคาเฮดรอน Snubโครงสร้างของรูปทรงเหล่านี้ทำให้เกิดคุณสมบัติของไครัลลิตี้ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะไม่เหมือนกันเมื่อสะท้อนในกระจก[ 10 ]อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกรูปทรงที่จะสามารถสร้างได้ในลักษณะดังกล่าว หรืออาจสร้างด้วยวิธีอื่น ตัวอย่างเช่นไอโคซิโดเดคาเฮดรอนสามารถสร้างได้โดยการต่อ ฐานของโร ทันดาห้าเหลี่ยม สองอันเข้าด้วย กัน หรือรอมบิคิวบอกตาเฮดรอนที่สามารถสร้างได้ด้วยวิธีอื่นโดยการต่อโดมสี่เหลี่ยมจัตุรัส สองอัน เข้ากับฐานของปริซึมแปดเหลี่ยม[ 6 ]
อย่างน้อยสิบรูปทรงเรขาคณิตของอาร์คิมีเดียนมีคุณสมบัติของรูเพิร์ต กล่าวคือ แต่ละรูปทรงสามารถผ่านสำเนาของตัวเองที่มีขนาดเท่ากันได้ รูปทรงเหล่านั้นได้แก่ คิวบอกตาเฮดรอน, ออกตาเฮดรอนตัดยอด, ลูกบาศก์ตัดยอด, รอมบิคิวบอกตาเฮดรอน, อิโคซิโดเดคาเฮดรอน, คิวบอกตาเฮดรอนตัดยอด, อิโคซาเฮดรอนตัดยอด, โดเดคาเฮดรอนตัดยอด และเตตระเฮดรอนตัดยอด[ 11 ]
ทรงหลายเหลี่ยมคู่ของทรงตันอาร์คิมีเดียนคือทรงตันคาตาลัน[ 1 ]
ภูมิหลังของการค้นพบ
ชื่อของทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนนั้นได้มาจากนักคณิตศาสตร์ชาวกรีกโบราณ อาร์คิมีดีสซึ่งได้กล่าวถึงทรงหลายเหลี่ยมเหล่านี้ในงานเขียนที่สูญหายไปแล้ว แม้ว่าเดิมทีจะไม่ได้ระบุว่าเป็นผลงานของอาร์คิมีดีส แต่ปัปปัสแห่งอเล็กซานเดรียในส่วนที่ห้าของหนังสือรวมผลงานชื่อSynagoge ของเขา ได้อ้างอิงถึงอาร์คิมีดีส โดยได้ระบุทรงหลายเหลี่ยม 13 ทรง และอธิบายโดยย่อถึงจำนวนหน้าของทรงหลายเหลี่ยมแต่ละชนิด[ 12 ]
ในช่วงยุคเรเนสซองส์ ศิลปินและนักคณิตศาสตร์ให้คุณค่ากับรูปทรงบริสุทธิ์ที่มีสมมาตรสูง รูปทรงเรขาคณิตแบบอาร์คิมีเดียนบางรูปปรากฏในDe quinque corporibus regularibusของPiero della Francescaซึ่งเป็นความพยายามในการศึกษาและคัดลอกผลงานของอาร์คิมีเดียน รวมถึงการอ้างอิงถึงอาร์คิมีเดียนด้วย[ 13 ]อย่างไรก็ตาม เขาไม่ได้ให้เครดิตรูปทรงเหล่านั้นแก่อาร์คิมีเดียน และเขารู้จักผลงานของอาร์คิมีเดียน แต่ดูเหมือนจะเป็นการค้นพบใหม่โดยอิสระ[ 14 ]รูปทรงเรขาคณิตแบบอาร์คิมีเดียนปรากฏในผลงานของWenzel Jamnitzer ใน Perspectiva Corporum Regulariumและทั้งSumma de arithmeticaและDivina proportioneโดยLuca Pacioliซึ่งวาดโดยLeonardo da Vinci [ 15 ] โครงร่างของรูปทรงเรขาคณิตแบบอาร์คิมีเดียนปรากฏในUnderweysung der MessungของAlbrecht Dürerซึ่งคัดลอกมาจากผลงานของ Pacioli ประมาณปี ค.ศ. 1620 โยฮันเนส เคปเลอร์ ได้ค้นพบรูปทรงหลายเหลี่ยมทั้งสิบสามรูป ใน หนังสือ Harmonices Mundi ของเขา พร้อมทั้งกำหนดนิยามของปริซึมแอนติปริซึมและทรงตันที่ไม่นูนที่เรียกว่ารูปทรงหลายเหลี่ยมเคปเลอร์-ปวงโซต์[ 16 ]
เคปเลอร์อาจค้นพบทรงตันอีกแบบหนึ่งที่เรียกว่าไจโรบิคูโพลาทรงสี่เหลี่ยมด้านยาวหรือซูโดรอมบิคูโบกตาเฮดรอน เคปเลอร์เคยกล่าวว่ามีทรงตันอาร์คิมีเดียนสิบสี่แบบ แต่การนับจำนวนที่เขาตีพิมพ์นั้นรวมเฉพาะทรงหลายเหลี่ยมสม่ำเสมอสิบสามแบบเท่านั้น คำกล่าวที่ชัดเจนครั้งแรกเกี่ยวกับการมีอยู่ของทรงตันดังกล่าวเกิดขึ้นโดยดันแคน ซอมเมอร์วิลล์ในปี 1905 [ 17 ]ทรงตันนี้ปรากฏขึ้นเมื่อนักคณิตศาสตร์บางคนสร้างรอมบิคูโบกตาเฮดรอน โดยไม่ได้ตั้งใจ : คูโพลาทรงสี่เหลี่ยม สองอัน ที่ติดอยู่กับปริซึมแปดเหลี่ยมโดยอันหนึ่งหมุนไปสี่สิบห้าองศา[ 18 ]ทรงตันทั้งสิบสามแบบมีคุณสมบัติการ ถ่ายทอด จุดยอด หมายความว่าจุดยอดสองจุดใดๆ ของทรงตันเหล่านั้นสามารถเลื่อนไปยังจุดยอดอีกจุดหนึ่งได้ แต่ไจโรบิคูโพลาทรงสี่เหลี่ยมด้านยาวไม่มีคุณสมบัตินี้Grünbaum (2009)สังเกตว่ามันตรงตามคำจำกัดความที่อ่อนกว่าของทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียน ซึ่ง "จุดยอดที่เหมือนกัน" หมายถึงเพียงแค่ส่วนของทรงหลายเหลี่ยมที่อยู่ใกล้จุดยอดสองจุดใดๆ มีลักษณะเหมือนกัน (มีรูปทรงของหน้าตัดที่มาบรรจบกันรอบจุดยอดแต่ละจุดในลำดับเดียวกันและสร้างมุมเดียวกัน) Grünbaum ชี้ให้เห็นถึงข้อผิดพลาดที่พบบ่อยซึ่งผู้เขียนกำหนดทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนโดยใช้คำจำกัดความเฉพาะที่ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง แต่ละเว้นทรงหลายเหลี่ยมที่สิบสี่ หากจะระบุเพียงทรงหลายเหลี่ยมสิบสามรูป คำจำกัดความจะต้องใช้สมมาตรทั่วโลกของทรงหลายเหลี่ยมแทนที่จะใช้สมมาตรเฉพาะที่ ในภายหลัง ไจโรบิคูโพลาสี่เหลี่ยมจัตุรัสยาวถูกถอนออกจากทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนและรวมอยู่ในทรงหลายเหลี่ยมจอห์นสันแทน ซึ่งเป็นทรงหลายเหลี่ยมนูนที่ทุกหน้าเป็นรูปหลายเหลี่ยมปกติ[ 17 ]
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- ไวส์สไตน์, เอริค ดับเบิลยู. "ทรงตันอาร์คิมีเดียน" . MathWorld .
- ทรงเรขาคณิตแบบอาร์คิมีเดียนโดยเอริค ดับเบิลยู. ไวส์สไตน์โครงการสาธิตของวูล์ฟแรม
- แบบจำลองกระดาษของทรงเรขาคณิตอาร์คิมีเดียนและทรงเรขาคณิตคาตาลัน
- แบบจำลองกระดาษ (แบบจำลองคลี่) ของทรงเรขาคณิตแบบอาร์คิมีเดียน ดาวน์โหลดได้ฟรี
- ทรงหลายเหลี่ยมเอกรูปโดย ดร. อาร์. แมเดอร์
- ทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนที่ Visual Polyhedra โดย David I. McCooey
- โพลีเฮดราในโลกเสมือนจริงจากสารานุกรมโพลีเฮดราโดย จอร์จ ดับเบิลยู ฮาร์ท
- โอริกามิแบบโมดูลาร์ชิ้นสุดท้ายก่อนเสร็จสมบูรณ์โดย เจมส์ เอส. แพลงค์
- รูปทรงหลายเหลี่ยม 3 มิติแบบโต้ตอบได้ในภาษา Java
- Solid Body Viewerเป็นโปรแกรมแสดงภาพโพลีเฮดรอน 3 มิติแบบโต้ตอบได้ ซึ่งช่วยให้คุณบันทึกโมเดลในรูปแบบ SVG, STL หรือ OBJ ได้
- Stella: Polyhedron Navigator : ซอฟต์แวร์ที่ใช้สร้างภาพหลายภาพในหน้านี้
- แบบจำลองกระดาษของทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียน (และทรงหลายเหลี่ยมอื่นๆ)
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ทรงเรขาคณิตแบบอาร์คิมีเดียน
ทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนเป็นเซตของทรงหลายเหลี่ยมนูน 13 ทรง ซึ่งหน้าของทรงหลายเหลี่ยมเหล่านี้เป็นรูปหลายเหลี่ยมปกติและสมมาตรกับจุดยอดแม้ว่าจะไม่สมมาตรกับหน้าก็ตาม
ของแข็ง
ทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนมี โครงสร้างจุดยอด เดียวและคุณสมบัติสมมาตรสูง โครงสร้างจุดยอดบ่งชี้ว่ารูปหลายเหลี่ยมปกติใดมาบรรจบกันที่จุดยอดแต่ละจุด ตัวอย่างเช่น...
ภูมิหลังของการค้นพบ
ชื่อของทรงหลายเหลี่ยมอาร์คิมีเดียนนั้นได้มาจากนักคณิตศาสตร์ชาวกรีก โบราณ อาร์คิมีดีส ซึ่งได้กล่าวถึงทรงหลายเหลี่ยมเหล่านี้ในงานเขียนที่สูญหายไปแล้ว แม้ว่าเดิมทีจะไม่ได้ระบุว่าเป็นผลงานของอาร์คิมีดีส แต่ ปัปปัสแห่งอเล็กซานเดรีย...
ดูเพิ่มเติม
สัญกรณ์ทรงหลายเหลี่ยมของคอนเวย์ จอห์นสัน แข็งแกร่ง