正多面角
数学名词
正多面角(regular polyhedral angle)是一种特殊的多面角,指所有面角相等,所有二面角也相等的凸多面角。凸多面角是一种多面角,将多面角的任何一个面伸展成为平面,如果其他各面都在这个平面的同侧,则称该多面角为凸多面角。过凸多面角外部任何一点可以作一个平面,使凸多面角的所有点在这平面的同侧,凸多面角有如下性质:1.所有面角的和小于360°;2.任何一个面角小于其余面角的和;3.凸n面角的所有二面角的和大于(n-2)·180°而小于n·180°;4.用一不过多面角顶点,且与各棱相交的平面截凸n面角,得到一个凸n边形。
基本概念
多面角(polyhedral angle)又称“立体角”。过平面外一点O向平面内的简单多边形的顶点引射线.所有相邻射线所夹的平面部分围成的立体图形,称为多面角。点O称为多面角的“顶点”,射线称为“棱”,相邻两棱所夹的角称为“面角”,相邻两棱所夹的平面部分称为“侧面”,多面角按照它的侧面数目分别称为三面角、四面角等等。如果所给的多边形是凸的,则相应多面角称为凸多面角,否则称为凹多面角。凸多面角的面角和小于四个直角,多面角每相邻两个面间的二面角称为多面角的二面角。凸多面角各二面角之和大于(2n-4)直角,而小于2n直角(n表示棱数)。
若多面角的面角都相等,二面角也都相等,就称为正多面角(regalar polyhedral angle),两个面数相同的正多面角,它们既是对称多面角又是全等多面角。
相关介绍
所谓正多面角是指一个凸多面角S-ABCDE (图1),它的各面角相等,并且各二面角相等(凸多面角指类似于星状正多边形有星状的正多面角)。
所谓球面正多边形是指一个球面凸多边形,它的各边相等且各角相等。显而易见,对于顶点在一个球心的正多面角,在球上对应着一个球面正多边形,并且反过来也成立。
在一个正多面角S-ABCDE中,三面角S-ABC,S-BCD,S-CDE,...是全等的,因为有相等的二面角夹于分别相等的面角之间,且有同向。
但有一个旋转存在将棱SA带到SB上,并将棱SB带到SC上(因为∠ASB=∠BSC),三面角S-ABC于是取S-BCD的位置,所以SC来到SD上。仿此,SD来到SE上;等等。因此,有一个旋转存在将正多面角变换为其自身,每一面取下一面的位置。推广言之,有一个旋转存在将正多面角变换为其自身,每一面取其后p个的位置:显然只须重复上面的旋转p次就行了。
第一个旋转的角显然以圆周的n分之一为度量,n表示多面角的面数,因为当我们重复这旋转n次后,多面角就旋转了一周重合于自身上。
这样一个旋转(把它重复n次相当于旋转一周)称为n阶的(*我们有时也把一个旋转称为n阶的,把它重复n次相当于旋转了若干周。但必须指出,当周数与n不互质时,这旋转的阶数是小于n的)。当一个图形经过某一2、3、..阶旋转而没有改变(*这里是指位置而不是外形没有改变),就称为它以这旋转轴作为2、3、...阶的轴。
如果p是n的一个因数,当我们把上面提到的旋转重复到p次,就得出另外一个旋转,它的角以圆周的n'分之一为度量,其中,n'代表整数n/p。
因此可看出,一个图形的n阶轴也是这图形的n'阶轴,n'表示n的任一因数。
凡2阶轴(因之,由上面所述,凡偶阶轴)是的反射轴(奇阶轴则不如此)。
多面角的n阶轴显然和所有的棱形成等角:它是这多面角外接回转锥的轴。
因此又得出,一个球面正多边形可内接于一圆,它的顶点显然将这圆分成相等的部分(*仿此可证明,一个球面正多边形可外切于一圆):这就是在绕Sx的旋转中,它的一个顶点所画的平行圆。换句话说,如果在正多面角S-ABCDE各棱上,取等长SA = SB= SC= SD=SE,那么这些长度的末端是一个正多边形的顶点,它的平面垂直于Sx而且中心o在Sx上,因此我们照这样构成了一个正棱锥。
直线So显然在这多面角内:通过点o延长,它便截以S为中心以SA为半径的球于一点O(图2),这点在球面多边形ABCDE内部,称为这多边形的极。它事实上是多边形外接圆的两极之一,即在这圆内的那一个(因∠ASO为锐角)。
反之,在一个正棱锥顶点的多面角,容许一些旋转,换句话说,有一些旋转存在把它变换为其自身,即那些把锥底变换为其自身的旋转。另一方面,如果一个多面角容许一个旋转,在这个旋转中每一面取下一面的位置,它便可看作为在一个正棱锥顶点的多面角,而且它是正多面角,因为每一面等于下一面,而且每一二面角等于下一二面角。
最后,由于正多边形都具有在它平面上的对称轴,所以凡正棱锥,因之凡正多面角,都具有通过以上说过的一些旋转的轴So的对称平面。
参考资料
最新修订时间:2022-08-26 11:04
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基本概念
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