กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 4 นาที

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิก

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกเป็นทรงหลาย เหลี่ยมแบบนูน ที่สร้างจาก รูป สามเหลี่ยมซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกับทรงกลม โดยทั่วไปจะมีสมมาตรแบบไอโค ซาเฮดรัล กล่าวคือ มีรูปสามเหลี่ยม 6...

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิก

( เรียนรู้วิธีและเวลาในการลบข้อความนี้ )
ทรงยี่สิบหน้าและทรงหลายเหลี่ยมที่มีสมมาตรที่เกี่ยวข้องกัน สามารถนำมาใช้กำหนดทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกชั้นสูงได้ โดยการแบ่งหน้า สามเหลี่ยม ออกเป็นสามเหลี่ยมขนาดเล็กกว่า และฉายจุดยอดทั้งหมดลงบนทรงกลม หน้าหลายเหลี่ยมลำดับสูงกว่าสามารถแบ่งออกเป็นสามเหลี่ยมได้โดยการเพิ่มจุดยอดใหม่ที่อยู่ตรงกลางของแต่ละหน้า หน้าใหม่บนทรงกลมไม่ใช่สามเหลี่ยมด้านเท่าแต่มีความยาวด้านใกล้เคียงกัน จุดยอดทั้งหมดมีวาเลนซ์ 6 ยกเว้น 12 จุดยอดที่มีวาเลนซ์ 5

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกเป็นทรงหลาย เหลี่ยมแบบนูน ที่สร้างจาก รูป สามเหลี่ยมซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกับทรงกลม โดยทั่วไปจะมีสมมาตรแบบไอโค ซาเฮดรัล กล่าวคือ มีรูปสามเหลี่ยม 6 รูปที่จุดยอดยกเว้นจุดยอดที่มี 12 จุดยอดซึ่งจะมีรูปสามเหลี่ยม 5 รูป ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกเป็น ทรงหลายเหลี่ยม คู่ ขนานกับ ทรงหลายเหลี่ยมโกลด์เบิร์กที่สอดคล้องกันซึ่งทรงหลายเหลี่ยมโกลด์เบิร์กทั้งหมด ยกเว้นทรงที่เล็กที่สุด (ซึ่งเป็นทรงสิบสองเหลี่ยมปกติ ) มีหน้าส่วนใหญ่เป็นรูปหกเหลี่ยมการสร้างแบบโกลด์เบิร์ก-ค็อกเซเตอร์เป็นการขยายแนวคิดพื้นฐานของทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิก

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกเป็นรูปทรงที่ประมาณทรงกลมได้ดีสำหรับการใช้งานหลายอย่าง และปรากฏในบริบทต่างๆ มากมาย ที่รู้จักกันดีที่สุดอาจเป็นโดมจีโอเดสิกซึ่งเป็นโครงสร้างทางสถาปัตยกรรมทรงครึ่งวงกลมที่ออกแบบโดยBuckminster Fullerซึ่งเป็นที่มาของชื่อทรงหลาย เหลี่ยมจีโอเดสิก ตารางจีโอเดสิกที่ใช้ใน วิชา จีโอเดสิก ก็มี รูปทรงเรขาคณิตของทรงหลายเหลี่ยมจีโอเด สิกเช่นกัน แคปซิดของไวรัส บางชนิดมีรูปร่างเป็นทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิก [ 1 ] [ 2 ]และ ละออง เกสร บางชนิด ก็มีพื้นฐานมาจากทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิก[ 3 ] โมเลกุลฟูล เลอรีนมีรูปร่างเป็นทรงหลายเหลี่ยมโกลด์เบิร์กทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกมีให้ใช้เป็นรูปทรงเรขาคณิตพื้นฐานในซอฟต์แวร์การสร้างแบบจำลอง 3 มิติ Blenderซึ่งเรียกว่าไอโคสเฟียร์ : เป็นทางเลือกแทนทรงกลม UVโดยมีการกระจายตัวที่สม่ำเสมอกว่า[ 4 ] [ 5 ]

การก่อสร้าง

การแบ่งย่อยตามรูปทรงเรขาคณิตสามารถทำได้จากทรงสิบสองเหลี่ยม เสริม โดยแบ่งรูปห้าเหลี่ยมออกเป็นรูปสามเหลี่ยมที่มีจุดศูนย์กลาง แล้วจึงแบ่งย่อยต่อจากนั้น
ทรงหลาย เหลี่ยมไครัลที่มีหน้าเป็นรูปหลายเหลี่ยมลำดับสูงกว่า สามารถเสริมด้วยการเพิ่มจุดยอดที่อยู่ตรงกลางแต่ละหน้าเพื่อแบ่งหน้าเหล่านั้นออกเป็นรูปสามเหลี่ยม จากนั้นรูปสามเหลี่ยมเหล่านั้นสามารถแบ่งย่อยออกเป็นรูปสามเหลี่ยมที่เล็กกว่าเพื่อสร้างทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกใหม่ จุดยอดทั้งหมดมีวาเลนซ์ 6 ยกเว้น 12 จุดยอดที่อยู่ตรงกลางจุดยอดเดิมซึ่งมีวาเลนซ์ 5

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกสร้างขึ้นโดยการแบ่งหน้าของทรงหลายเหลี่ยมที่เรียบง่ายกว่า แล้วฉายจุดยอดใหม่ลงบนพื้นผิวของทรงกลม ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกมีขอบตรงและหน้าเรียบที่ประมาณทรงหลายเหลี่ยมทรงกลมที่สร้างจากสามเหลี่ยมจีโอเดสิ

สัญกรณ์

ในหนังสือ Spherical ModelsของMagnus Wenningerรูปทรงหลายเหลี่ยมจะถูกกำหนดสัญลักษณ์ทางเรขาคณิตในรูปแบบ{3, q +} โดยที่{3, q }คือสัญลักษณ์ Schläfliสำหรับรูปทรงหลายเหลี่ยมปกติที่มีหน้าเป็นรูปสามเหลี่ยม และqคือค่าความเวเลนซ์ ของจุดยอด สัญลักษณ์ +แสดงถึงค่าความเวเลนซ์ของจุดยอดที่เพิ่มขึ้นbและcแสดงถึงคำอธิบายการแบ่งย่อย โดย1,0แทนรูปแบบพื้นฐาน มีสมมาตร 3 ระดับ ได้แก่{3,3+} สำหรับทรงสี่หน้า{3,4+} สำหรับทรงแปดหน้าและ{3,5+} สำหรับทรงยี่สิบหน้า

สัญลักษณ์คู่สำหรับทรงหลายเหลี่ยมโกลด์เบิร์กคือ{ q +,3} โดยมีจุดยอดที่มีวาเลนซ์ 3 และมี หน้าเป็นรูป qเหลี่ยมและหกเหลี่ยม มีสมมาตร 3 ประเภท ได้แก่{3+,3} สำหรับทรงสี่หน้า , {4+,3} สำหรับทรงลูกบาศก์และ{5+,3} สำหรับทรงสิบสองหน้า

ค่าของbและcแบ่งออกเป็นสามระดับ:

  1. คลาส I ( b = 0หรือc = 0 ): {3, q +} หรือ{3, q +} แทนการแบ่งแบบง่าย โดยที่ขอบเดิมถูกแบ่งออกเป็นbขอบย่อย
  2. คลาส II ( b = c ): {3, q +} สามารถมองเห็นได้ง่ายกว่าจากทรงหลายเหลี่ยมคู่{ q ,3}ที่มี หน้าเหลี่ยม qหน้าซึ่งถูกแบ่งออกเป็นสามเหลี่ยมที่มีจุดศูนย์กลางก่อน จากนั้นขอบทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นขอบย่อยb ขอบ
  3. คลาส III : {3, q +} มีค่าที่ไม่เท่ากันและไม่เป็นศูนย์สำหรับbและcและมีอยู่ในคู่ไครัล สำหรับb > cเราสามารถกำหนดให้เป็นรูปแบบมือขวา และc > bเป็นรูปแบบมือซ้าย

การแบ่งย่อยในชั้นที่ 3 ในที่นี้ไม่ได้เรียงตัวตามขอบเดิมโดยตรง สามารถแยกตารางย่อยได้โดยการพิจารณาการปูพื้นด้วยรูปสามเหลี่ยมวางรูปสามเหลี่ยมขนาดใหญ่ไว้บนจุดยอดของตาราง และเดินตามเส้นทางจากจุดยอดหนึ่งไปbก้าวในทิศทางหนึ่ง แล้วเลี้ยว ไม่ว่าจะเป็นตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา จากนั้นเดินอีกcก้าวไปยังจุดยอดหลักถัดไป

ตัวอย่างเช่นทรงยี่สิบหน้าคือ{3,5+} และทรงสิบสองหน้าเพนทาคิส { 3,5+} ถือเป็นทรงสิบสองหน้าปกติที่มีหน้าห้าเหลี่ยมแบ่งออกเป็น 5 สามเหลี่ยม

PPT ที่มีความถี่ 8

ด้านหลักของการแบ่งย่อยเรียกว่าสามเหลี่ยมโพลีเฮดรัลหลัก (PPT) หรือโครงสร้างการแบ่งย่อยการคำนวณ PPT เพียงจุดเดียวจะช่วยให้สามารถสร้างรูปทรงทั้งหมดได้

ความถี่ ของ ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกถูกกำหนดโดยผลรวมของν = b + c ฮา ร์มอนิกคือความถี่ย่อยและสามารถเป็นตัวหารจำนวนเต็มใดๆ ของν ได้ คลาส II จะมีฮาร์มอนิกเป็น 2 เสมอเนื่องจากν = 2b

ค่าจำนวนสามเหลี่ยม (Triangulation number) คือ T =+ bc +ค่านี้คูณด้วยจำนวนหน้าเดิม จะแสดงจำนวนสามเหลี่ยมที่รูปทรงหลายเหลี่ยมใหม่จะมี

คอนเวย์u I = (kt)I(k)tIktI
ภาพ
รูปร่างไอโคซาเฮดรอนแบ่งย่อยความถี่ 3 ระดับทรงยี่สิบหน้าตัด Kทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิก (3,0)

ในกรณีนี้{3,5+} โดยมีความถี่ν = 3และจำนวนการแบ่งเป็นรูปสามเหลี่ยมT = 9แต่ละเวอร์ชันของรูปหลายเหลี่ยมจะมีจุดยอด 92 จุด (80 จุดเมื่อขอบหกเส้นเชื่อมต่อกัน และ 12 จุดเมื่อขอบห้าเส้นเชื่อมต่อกัน) ขอบ 270 เส้น และหน้า 180 หน้า

องค์ประกอบ

จำนวนองค์ประกอบถูกระบุโดยเลขสามเหลี่ยมT = b 2 + bc + c 2โพลีเฮดราจีโอเดสิกสองอันที่แตกต่างกันอาจมีจำนวนองค์ประกอบเท่ากัน ตัวอย่างเช่น{3,5+} และ{3,5+} ต่างก็มีT = 49

สมมาตรทรงยี่สิบหน้าทรงแปดเหลี่ยมทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า
ฐานอิโคซาเฮดรอน{3,5} = {3,5+} ทรงแปดเหลี่ยม{3,4} = {3,4+} ทรงสี่หน้า{3,3} = {3,3+}
ภาพทรงยี่สิบหน้าทรงแปดเหลี่ยมจัตุรมุข
เครื่องหมาย{3,5+} {3,4+} {3,3+}
จุดยอด10 T + 24 ที + 22 T + 2
ใบหน้า20 ตัน8 ที4 ที
ขอบ30ที{\displaystyle 30T}12ที{\displaystyle 12T}6ที{\displaystyle 6T}

ความสัมพันธ์กับทรงหลายเหลี่ยมโกลด์เบิร์ก

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกเป็นทรงหลายเหลี่ยม คู่ขนานของทรงหลายเหลี่ยม โกลด์เบิร์ก ทรงหลายเหลี่ยมโกลด์เบิร์กยังมีความสัมพันธ์กันในแง่ที่ว่า การใช้ตัวดำเนินการ kis (การแบ่งหน้าออกเป็นรูปสามเหลี่ยมที่มีจุดศูนย์กลาง) จะสร้างทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกใหม่ และการตัดจุดยอดของทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกจะสร้างทรงหลายเหลี่ยมโกลด์เบิร์กใหม่ ตัวอย่างเช่น ทรงหลายเหลี่ยมโกลด์เบิร์กG (2,1) เมื่อถูก kis แล้ว จะกลายเป็น {3,5+} 4,1 และเมื่อตัดจุดยอดของมันจะกลายเป็นG ( )และในทำนองเดียวกัน{3,5+} เมื่อตัดจุดยอดจะกลายเป็นG(4,1)และเมื่อkis แล้ว จะกลาย เป็น{3,5+ }

ตัวอย่าง

คลาส I

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกคลาส I
ความถี่(1,0)(2,0)(3,0)(4,0)(5,0)(6,0)(7,0)(8,0)( ,0)
ที1491625364964.2
หน้าสามเหลี่ยม...
ทรงยี่สิบหน้ามากกว่า
ทรงแปดเหลี่ยมมากกว่า
ทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่ามากกว่า

ชั้นเรียนที่ 2

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกคลาส II
ความถี่(1,1)(2,2)(3,3)(4,4)(5,5)(6,6)(7,7)(8,8)( , )
ที3122748751081471923 ตร.ม.
หน้าสามเหลี่ยม...
ทรงยี่สิบหน้ามากกว่า
ทรงแปดเหลี่ยมมากกว่า
ทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่ามากกว่า

ชั้นเรียนที่ 3

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกคลาส III
ความถี่(2,1)(3,1)(3,2)(4,1)(4,2)(4,3)(5,1)(5,2)( , )
ที713192128373139m 2 + mn + n 2
หน้าสามเหลี่ยม...
ทรงยี่สิบหน้ามากกว่า
ทรงแปดเหลี่ยมมากกว่า
ทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่ามากกว่า

แบบจำลองทรงกลม

หนังสือ Spherical ModelsของMagnus Wenningerสำรวจการแบ่งย่อยเหล่านี้ในการสร้างแบบจำลองทรงหลายเหลี่ยมหลังจากอธิบายการสร้างแบบจำลองเหล่านี้แล้ว เขาได้อธิบายการใช้ตารางสามเหลี่ยมเพื่อทำเครื่องหมายรูปแบบ โดยสามเหลี่ยมจะถูกระบายสีหรือถูกยกเว้นในแบบจำลอง[ 6 ]

ตัวอย่างแบบจำลอง
แบบจำลองทางศิลปะที่สร้างโดยบาทหลวงแม็กนัส เวนนิงเกอร์ชื่อว่า"ระเบียบในความโกลาหล " ซึ่งแสดงถึงเซตย่อยไครัลของรูปสามเหลี่ยมของ ทรงกลมจีโอเดสิกไอโคซาเฮดรัล 16 ความถี่{ 3,5+} ภาพจำลองเสมือนที่แสดงวงกลมใหญ่สมมาตรของทรงยี่สิบหน้า สมมาตรการหมุน 6 เท่าเป็นเพียงภาพลวงตา ไม่ได้มีอยู่จริงบนทรงยี่สิบหน้านั้นรูปสามเหลี่ยมทรงยี่สิบหน้าเดี่ยวที่มีการแบ่งย่อยความถี่ 16 ส่วน

ดูเพิ่มเติม

บรรณานุกรม

  • วิลเลียมส์, โรเบิร์ต (1979). รากฐานทางเรขาคณิตของโครงสร้างธรรมชาติ: หนังสืออ้างอิงด้านการออกแบบหน้า142–144 , รูปที่ 4-49, 50, 51 คัสเตอร์ทรงกลม 12 ลูก, ทรงกลม 42 ลูก, ทรงกลม 92 ลูก 
  • Pugh, Antony (1976). "บทที่ 6. โพลีเฮดราเชิงเรขาคณิตของ R. Buckminster Fuller และโพลีเฮดราที่เกี่ยวข้อง" โพลีเฮดรา: แนวทางเชิงภาพ
  • เวนนิงเกอร์, แม็กนัส (1979). แบบจำลองทรงกลม . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ . ISBN 978-0-521-29432-4MR 0552023เก็บถาวรจากต้นฉบับ เมื่อ วันที่ 4 กรกฎาคม 2551  จัดพิมพ์ซ้ำโดย Dover (1999), ISBN 978-0-486-40921-4.
  • Popko, Edward S. (2012). "บทที่ 8. แผนผังการแบ่งส่วน, 8.1 สัญกรณ์จีโอเดสิก, 8.2 หมายเลขการสร้างสามเหลี่ยม, 8.3 ความถี่และฮาร์โมนิก, 8.4 สมมาตรของตาราง, 8.5 ชั้นที่ 1: ทางแยกและทางข้าม, 8.5.1 การกำหนดสามเหลี่ยมหลัก, 8.5.2 จุดอ้างอิงขอบ" ทรงกลมที่แบ่งส่วน: จีโอเดสิกและการแบ่งส่วนทรงกลมอย่างเป็นระเบียบ
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Geodesic_polyhedron&oldid=1362115452 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิก

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกเป็นทรงหลาย เหลี่ยมแบบนูน ที่สร้างจาก รูป สามเหลี่ยมซึ่งมีลักษณะใกล้เคียงกับทรงกลม โดยทั่วไปจะมีสมมาตรแบบไอโค ซาเฮดรัล กล่าวคือ มีรูปสามเหลี่ยม 6...

การก่อสร้าง

ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกสร้างขึ้นโดยการแบ่งหน้าของทรงหลายเหลี่ยมที่เรียบง่ายกว่า แล้วฉายจุดยอดใหม่ลงบนพื้นผิวของทรงกลม ทรงหลายเหลี่ยมจีโอเดสิกมีขอบตรงและหน้าเรียบที่ประมาณ ทรงหลายเหลี่ยมทรงกลม ที่สร้างจาก สามเหลี่ยมจีโอเดสิ ก

สัญกรณ์

ใน หนังสือ Spherical Models ของ Magnus Wenninger รูปทรงหลายเหลี่ยมจะถูกกำหนด สัญลักษณ์ทางเรขาคณิต ในรูปแบบ {3, q +} โดยที่ {3, q } คือ สัญลักษณ์ Schläfli สำหรับรูปทรงหลายเหลี่ยมปกติที่มีหน้าเป็นรูปสามเหลี่ยม และ q คือค่าความ เวเลนซ์ ของจุดยอด สัญลักษณ์ +...

องค์ประกอบ

จำนวนองค์ประกอบถูกระบุโดยเลขสามเหลี่ยม 2 + ''bc'' + ''c'' 2 "}},"i":0}}]}"> T = b 2 + bc + c 2 โพลีเฮดราจีโอเดสิกสองอันที่แตกต่างกันอาจมีจำนวนองค์ประกอบเท่ากัน ตัวอย่างเช่น {3,5+} และ {3,5+} ต่างก็มี T = 49