七面体
由7个面组成的多面体
七面体(heptahedron),是指由7个面组成的多面体。常见的的七面体有六角锥五角柱、正三角锥柱、Szilassi多面体多面体。而边长全部等长的七面体是五角柱,有时会称为半正七面体。在所有七面体中,只有正三角锥柱是詹森多面体。
常见的七面体
六角锥
如图1所示,六角锥是指底面为六边形的锥体,由六边形各个顶点向它所在的平面外一点依次连直线段而构成。所有六角锥皆为七面体。
(1)六角锥有7个面、12个边和7个顶点;
(2)如同其他的锥体,对偶仍为六角锥,是一个自身对偶多面体;
(3)六角锥有6个侧面,均为三角形;1个底面,为六边形;
(4)六角锥是凸多面体;
(5)六角锥的欧拉特征数为:F=7,E=12,V=7(X=2)。
五角柱
如图2所示,五角柱是一种多面体,是柱体的一种,是指底面是五边形的柱体。当它底面是正五边形时,则称为正五角柱,若一正五角柱侧面是正方形,则他就属于半正多面体或均匀多面体,因此有时称为半正七面体。所有五角柱都是七面体。
(1)五角柱有7个面15个边和10个顶点;
(2)五角柱的欧拉特征数为:F=7,E=15,V=10(X=2);
(3)五角柱有2个底面,均为五边形;有5个侧面,均为四边形;
(4)五角柱的对偶是双五角锥;
(5)五角柱用威廉表示法可表示为:P5;
(6)五角柱是凸多面体。
正三角锥柱
正三角锥柱为92种Johnson多面体(J7)中的其中一个,可由正多面体中的正四面体(正三角锥)与三角柱于相等大小的三角形面接合而组成。这92种Johnson立体最早在1996年由Johnson Norman命名并给予描述。
Johnson多面体,有译作约翰逊多面体或庄逊多面体,是指正多面体、半正多面体、柱体、反角柱之外,所有由正多边形面组成的凸多面体。他由4个三角形和3个正方形组成。
如图3所示,正三角锥柱具有如下性质:
(1)正三角锥柱有7个面、12条边、7个顶点;
(2)正三角锥柱由4个正三角形和3个正方形组成。
(3)正三角锥柱是凸多面体。
Szilassi多面体
如图4所示,Szilassi多面体是一种凹多面体,是七面体的一种,拓扑结构的环,有7个六边形面,中有六个面是凹六边形。Szilassi多面体每个面都与相邻的面共用边。因此,可用七种颜色来涂满每个相邻的面,是七色定理的下限。它有一个180度的对称轴;它有3组面全等并留下一个未成对六边形而构成的多面体。Szilassi多面体的14个顶点和21个边在一个环面嵌入Heawood graph的四面体和Szilassi的多面体是已知的两个每个面都与其他面共边的多面体。
不存在正七面体
证明:假设存在正7面体,正7面体的每个面都是正m边形,正7面体的每个顶点连出n条棱(亦即n个面交于同一顶点),显然,n<7。那么,该多面体的面数F=7(定义)。因为两个面交于一棱,所以棱数E=7m/2。因为n条棱交于一顶点,所以顶点数V=2E/n=7m/n。根据欧拉公式,V+F-E=2,所以7m/n+7-7m/2=2。两边同乘以2n并合并同类项,得到10n=7mn-14m。因为等号右边能被7整除,所以等号左边一定能被7整除,从而n=0或7(或7的其它倍数),而这都是矛盾的。
因此,正7面体不存在。
将七面体展开需剪几刀
问题:将一个七面体沿着它的棱剪开,至少需要剪几刀,才可以将它展开成一个平面图形?
从正方体入手,我们知道,正方体一共有6个面,12条棱,将它展开成平面图形后,如果6个面相连,那么共有5条棱连接6个面,另外7条棱必须全部剪开,所以至少要剪7刀。由此,可以将之推广到一般情况:一个多面体,如果有n个面,m条棱,那么将它展开成平面图形,至少要剪[m- (n- 1)]刀。要将七面体展开成平面图形,所剪的刀数与总棱数有关,只要用总棱数减去6就得到所要剪的刀数,所以总棱数不同的多面体,展开成平面图形,所需剪的刀数不同。
从正方体入手来考虑,将正方体截去一个角,可以得到七面体,不同的截法所得七面体的棱数不同。下面的几种截法中棱数都不一样,总棱数分别是12(如图 5)、13(如图 6)、14(如图 7)、15(如图 8),展开成平面图形分别需要剪6、7、8、9刀。
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参考资料
最新修订时间:2022-08-25 13:28
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概述
常见的七面体
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