二面體

(重定向自一角形二面體

幾何學中,二面體是指由2個面組成的多面體,但由於三維空間中的多面體至少要具有4個面,因此少於四個面的多面體只能是退化的,換句話說,小於4個面的多面體無法具有非零的體積。二面體中最常見的就是多邊形二面體,即由兩個全等的平面圖型封閉出的零體積空間所形成的退化多面體。最簡單的二面體是一種球面鑲嵌:一角形二面體,它的對偶是一面形。另外二面體也可以以環形多面體英语Toroidal polyhedron正則地區圖的形式存在。

二面體
部分的二面體
一角形二面體
一角形二面體
環形二面體{4,4}1,1
環形二面體{4,4}1,1
一角錐
一角錐
二面形
二面形

二面體中不存在任何柱體,因為如果柱體要僅有兩個面,代表其不存在側面,而這樣的立體就不是柱體了。

常見的二面體

平面圖形

任何平面圖形都可以視為一個二面體,並且屬於二面體群

若將一封閉的平面圖形放置於三維空間也可以視為一個二面體,如多邊形二面體。他們皆屬於二面體群,是透鏡空間英语Lens_space的基本域[1]

球面鑲嵌

二面體可以以球面鑲嵌的方式存在,最簡單的例子是二面形

名稱二面形一角形二面體多邊形二面體
圖像
施萊夫利符號{2,2}{1,2}
h{2,2}
{n,2}
考克斯特記號

二面形

一個二面形,是一種由二個鑲嵌在球體上的球弓形組成的多面形,施萊夫利符號中利用{2,2}來表示,該符號表達了二面形的結構——每個頂點都是2個二角形的公共頂點。

一角形二面體

球面上的一角形二面體

一角形二面體,又稱為雙一角形(dimonogon[2])是一種退化的多邊形二面體,由2個一角形組成,這個幾何結構只有1個頂點,該頂點為2個一角形的公共頂點,在施萊夫利符號中用{1,2}表示,其具有2個面、1條邊和1個頂點,對偶多面體是一個一面體:一面形。[2]

球面幾何學中,一角形二面體是一個球面上的一個圓上任一頂點。這形成了一個二面體,施萊夫利符號中利用{1,2}來表示,與的兩個半球形一角形面,共用一個360°的和一個頂點。它的對偶是一面形施萊夫利符號中利用{2,1}來表示,具有一個二角形面(一個完整的360°弓形),一個180°的邊緣,和兩個頂點,因此屬於一面體

一角形二面體可以截角三面形[2][3]


作為正則地區圖的一角形二面體。兩個面分別以藍色和黃色表示

截角的一角形二面體,紅色為截角的截面,所形成的立體為三面形

一角錐

作為球面鑲嵌的一角錐

一角錐是指底面一角形的錐體,由於其底面為一角形,因此在歐幾里得空間中,其已經退化無法擁有體積。在球面幾何學中,其可以作為球面鑲嵌,此時的一角錐由1個球面一角形和1個球面三角形構成。這種一角錐共有2個面、2條邊和2個頂點。一角錐的對偶多面體同樣是一角錐,因此是一種自身對偶的多面體。

雙一角錐

雙一角錐是以一角形的雙錐體,為一角柱的對偶多面體。由於其以一角形為底,因此在歐幾里得空間中,其已經退化無法擁有體積。在球面幾何學中,其可以作為球面鑲嵌,這種雙一角錐由2個面、3條邊和3個頂點組成,其兩個面都是三角形,但拓撲結構與三角形二面體不同,其中的兩個頂點為對蹠點,剩下的一個頂點位於赤道面上連結與對蹠點相連的兩條邊。雙一角錐的對偶多面體為一角柱

環形多面體

{4,4}1,1是一種在環面由兩個兩兩共用頂點的四邊形組成

部分的環形多面體也是二面體,例如{4,4}1,1是一種環形二面體[5],為環面上的兩個四邊形面共用2個頂點和4條邊;以及{3,6}1,0也是一種環面二面體,為環面上兩個三角形共用一個頂點和三條邊。

正則地區圖

部分的正則地區圖由兩個面組成,可以視為二面體的一種,例如虧格為2的二面正則地區圖有S2:{8,4}、S2:{6,6}和S2:{5,10}。其中S2:{8,4}為由兩個八邊形面共用4個頂點和8條邊[6],並且八邊形在頂點周圍自我重複相鄰兩次,也就是頂點周圍圍繞著4個八邊形,且對應的皮特里多邊形為八邊形,因此其在施萊夫利符號中可以用{8,4}8來表示[7];S2:{6,6}為由兩個六邊形共用兩個頂點和6條邊[8],並且六邊形在頂點周圍自我重複相鄰三次,也就是其頂點周圍圍繞著六個六邊形,且對應的皮特里多邊形為二角形,因此在施萊夫利符號中可以用{6,6}2來表示[7];S2:{5,10}為由兩個五邊形共用一個頂點和5條邊[9],並且五邊形在頂點周圍自我重複相鄰五次,也就是其頂點周圍圍繞著10個五邊形,且對應的皮特里多邊形為二角形,因此在施萊夫利符號中可以用{5,10}2來表示[7]

虧格名稱施萊夫利符號頂點組成面頂點圖皮特里多邊形對偶
2[7]S2:{8,4}{8,4}8482八邊形四邊形(4個八邊形的公共頂點)八邊形S2:{4,8}(4個面)
S2:{6,6}{6,6}2262六邊形六邊形(6個六邊形的公共頂點)二角形自身對偶
S2:{5,10}{5,10}2152五邊形十邊形(10個五邊形的公共頂點)二角形S2:{10,5}(1個面)
3[10]S3:{12,4}{12,4}66122十二邊形四邊形(4個十二邊形的公共頂點)六邊形S3:{4,12}(6個面)
S3:{8,8}4{8,8}4282八邊形八邊形(8個八邊形的公共頂點)四邊形自身對偶[11][12]
S3:{8,8}2{8,8}2二角形
S3:{7,14}{7,14}2172七邊形十四邊形(14個七邊形的公共頂點)二角形S3:{14,7}(1個面)
4[13]S4:{16,4}{16,4}168162十六邊形四邊形(4個十六邊形的公共頂點)十六角形S4:{4,16}(8個面)
S4:{12,6}{12,6}44122十二邊形六邊形(6個十二邊形的公共頂點)四邊形S4:{6,12}(4個面)
S4:{10,10}{10,10}22102十邊形十邊形(10個十邊形的公共頂點)二角形自身對偶
S4:{9,18}{9,18}2192九邊形十八邊形(18個九邊形的公共頂點)二角形S4:{18,9}(1個面)

圓錐

在不嚴謹的情況下,圓錐也能算是一種二面體,因為它可以看做是只有兩個面的幾何體,由一曲面(側面)和一圓形平面(底面)所組成。

二面體列表

名稱種類圖像符號頂點χ面的種類對稱性
一角形二面體多邊形二面體 {1,2}
11222個一角形 C1v
(*22)
二面形多面形
多邊形二面體
{2,2}
22222個二角形 D2h
(*222)
一角錐角錐
退化多面體
球面多面體
( )∨{1}22221個一角形
1個三角形
C1v, [1]
雙一角錐雙錐體
退化多面體
球面多面體
{ }+{1}33222個三角形D1h, [1,2], (*221) order 4
四面形半形
(hemi-4-hosohedron)[14]
多面形
多面體半形
{2,4}4/212212個二角形
三維多邊形多邊形二面體 {n,2}
nn222個全等的多邊形 Dnh
(*n22)
二階無限邊形鑲嵌[16]鑲嵌圖 {∞,2}

222個無限邊形 [∞,2], (*∞22)
{4,4}1,1環形多面體 {4,4}1,124202個正方形
{3,6}1,0環形多面體 {3,6}1,013202個正三角形
S2:{8,4}[6]正則地區圖{8,4}8[7]482-22個八邊形
S2:{6,6}[8]正則地區圖{6,6}2[7]262-22個六邊形
S2:{5,10}[9]正則地區圖{5,10}2[7]152-22個五邊形
圓錐體非嚴格多面體
曲面
柱體
11221個曲面
1個圓形

參見

參考文獻