在抽象幾何學中,立方體半形是一種僅由一半數量的立方體面構成的抽象多面體。這個抽象多面體與立方體類似,它們的每個頂點都是3個正方形的公共頂點,然而立方體有6個面,而立方體半形僅有3個面;同時,這個立體無法嵌入在三維歐幾里得空間中。在拓樸學上,其可以視為正四面體的皮特里對偶。
| 類別 | 抽象多胞形 射影多面體 | ||
|---|---|---|---|
| 對偶多面體 | 八面體半形 | ||
| 原像 | 立方體 (半形體) | ||
| 名稱 | 立方體半形 hemicube | ||
| 數學表示法 | |||
| 施萊夫利符號 | {4,3}/2 {4,3}3 | ||
| 性質 | |||
| 面 | 3 | ||
| 邊 | 6 | ||
| 頂點 | 4 | ||
| 歐拉特徵數 | F=3, E=6, V=4 (χ=1) | ||
| 組成與佈局 | |||
| 面的種類 | 正方形 | ||
| 頂點圖 | 4.4.4 | ||
| 對稱性 | |||
| 對稱群 | S4, 24階 | ||
| 特性 | |||
| 不可定向、 歐拉示性數為1 | |||
| 圖像 | |||
| |||
性質
立方體半形由3個面、6條邊和4個頂點組成,每個面都是正方形,且每個頂點都是3個正方形的公共頂點,在施萊夫利符號中可以用{4,3}/2或{4,3}3來表示,其中{4,3}代表且每個頂點都是3個正方形的公共頂點,然而{4,3}代表正常的立方體,即正六面體,因此用「/2」符號來表示所有元素都僅有立方體的一半數量。
立方體半形的對偶多面體為正八面體半形,這個在更高維度的類比結構中同樣成立,即維超方形半形(施萊夫利符號:)的對偶多胞形為維正軸形半形(施萊夫利符號:)。
特別地,這個立體的每個面皆與相鄰面共用2條邊,且每個面都包含了立體中所有頂點。一般而言,多胞形的面可以透過其點集來決定,也就是說,一般不會存在2個相異面點集合相同的情況,因此這個立體是面無法僅從點集來確定的抽象多面體的例子之一。
構造
立方體半形可從有公共頂點的半個立方體(即三個面,下圖的I、II、III)開始構造。此形狀的邊界為一個六邊形,然後下一步是將此六條邊分成三組對邊(下圖的4、5、6),將每對邊(沿同一方向,例如順時針)黏合,就得到立方體半形。這樣的構建方式使用了正四面體的骨架,同時其構成的面不會共面,其與正四面體的皮特里多邊形相同,其骨架在圖論中對應到四面體圖,可以視為K4完全圖嵌入於射影平面上的結果。
立方體半形 | K4完全圖 | 皮特里四面體 |
具象化
立方體半形可被視為是射影多面體 (可視為由三個四邊形構成的實射影平面鑲嵌)。要將其視覺化,可以透過將射影平面構築為一個半球體,並過半球體的邊界連接對蹠點,同時確保連接的部分能將半球體平均分割成三等份。
立方體半形和半立方體不同,立方體半形是一個射影多面體,且無法嵌入在三維歐幾里得空間中;而半立方體是一個位於三維歐幾里德空間中的普通多面體。 雖然它們的頂點數皆為立方體的一半,立方體半形可以視為立方體的商空間,而半立方體則不是,半立方體只有頂點為立方體頂點的子集。
皮特里四面體
以不同顏色表示每個面 | |
| 類別 | 皮特里對偶 正則地區圖 |
|---|---|
| 對偶多面體 | 八面體半形 |
| 數學表示法 | |
| 施萊夫利符號 | {3,3}π {4,3}3 |
| 性質 | |
| 面 | 3 |
| 邊 | 6 |
| 頂點 | 4 |
| 歐拉特徵數 | F=3, E=6, V=4 (χ=1) |
| 二面角 | (不存在) |
| 對稱性 | |
| 對稱群 | Td, [3,3], *332 |
| 特性 | |
| 扭歪、正則 | |
皮特里四面體是正四面體的皮特里對偶。在拓樸學上,這個結構與立方體半形同構,並可以視為立方體半形的一種具象化方式。相對的立方體半形的皮特里對偶為正四面體,這意味著其皮特里多邊形可以與半立方體(此例對應正四面體)的面對應。也就是說,立方體半形和正四面體互為皮特里對偶。
皮特里四面體由3個面、6條邊和4個頂點組成,其中,3個面皆為正四面體的皮特里多邊形。正四面體的皮特里多邊形是一個扭歪四邊形。由於皮特里四面體由扭歪四邊形組成,因此無法確立其封閉範圍,故無法計算其表面積和體積。
皮特里四面體是一個不可定向且歐拉示性數為1的幾何結構。
皮特里四面體的頂點、邊和面數皆為立方體的一半,因此皮特里四面體可以被立方體(的表面)二重覆蓋。皮特里四面體的對偶多面體為八面體半形。皮特里四面體可以截半為截半立方體半形。
皮特里四面體 | 以正則地區圖表示的皮特里四面體 | 皮特里四面體的對偶多面體以正則地區圖表示 |
相關多面體
立方體半形是正多面體的半形體之一,其他也是正多面體的半形之結構有:
立方體半形與皮特里四面體拓樸同構,其可以視為是正多面體的皮特里對偶之一。其他也是正多面體的皮特里對偶之幾何結構有:
皮特里四面體 | 皮特里立方體 | 皮特里八面體 | 皮特里十二面體 | 皮特里二十面體 |
外部連結
- 立方體半形 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
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