在幾何學中,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或正則地區圖的形式存在。
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
任何平面圖形都可以視為一個二面體,並且屬於二面體群。
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 |
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,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]
在球面幾何學中,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°的邊和一個頂點。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。
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 |
一角錐是指底面為一角形的錐體,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。
雙一角錐是以一角形為底的雙錐體,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。
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。
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着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着六個六邊形,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着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 | 邊 | 面 | 組成面 | 頂點圖 | 皮特里多邊形 | 對偶 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2[7] | S2:{8,4} | {8,4}8 | 4 | 8 | 2 | 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}2 | 2 | 6 | 2 | 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}2 | 1 | 5 | 2 | 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}6 | 6 | 12 | 2 | 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}4 | 2 | 8 | 2 | 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}2 | 1 | 7 | 2 | 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}16 | 8 | 16 | 2 | 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}4 | 4 | 12 | 2 | 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}2 | 2 | 10 | 2 | 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}2 | 1 | 9 | 2 | 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) |
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。
名稱 | 種類 | 圖像 | 符號 | 頂點 | 邊 | 面 | χ | 面的種類 | 對稱性 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
一角形二面體 | 多邊形二面體 | {1,2} |
1 | 1 | 2 | 2 | 2個一角形 | C1v (*22) | |
二面形 | 多面形 多邊形二面體 |
{2,2} |
2 | 2 | 2 | 2 | 2個二角形 | D2h (*222) | |
一角錐 | 角錐 退化多面體 球面多面體 |
( )∨{1} | 2 | 2 | 2 | 2 | 1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} | 3 | 3 | 2 | 2 | 2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}4/2 | 1 | 2 | 2 | 1 | 2個二角形 | ||
三維多邊形 | 多邊形二面體 | {n,2} |
n | n | 2 | 2 | 2個全等的多邊形 | Dnh (*n22) | |
二階無限邊形鑲嵌[16] | 鑲嵌圖 | {∞,2} |
∞ | ∞ | 2 | 2 | 2個無限邊形 | [∞,2], (*∞22) | |
{4,4}1,1 | 環形多面體 | {4,4}1,1 | 2 | 4 | 2 | 0 | 2個正方形 | ||
{3,6}1,0 | 環形多面體 | {3,6}1,0 | 1 | 3 | 2 | 0 | 2個正三角形 | ||
S2:{8,4}[6] | 正則地區圖 | {8,4}8[7] | 4 | 8 | 2 | -2 | 2個八邊形 | ||
S2:{6,6}[8] | 正則地區圖 | {6,6}2[7] | 2 | 6 | 2 | -2 | 2個六邊形 | ||
S2:{5,10}[9] | 正則地區圖 | {5,10}2[7] | 1 | 5 | 2 | -2 | 2個五邊形 | ||
圓錐體 | 非嚴格多面體 曲面 柱體 |
1 | 1 | 2 | 2 | 1個曲面 1個圓形 |
參見
參考文獻
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