{{Infobox polyhedron
| name = 小星形十二面體
| polyhedron = 小星形十二面體
| imagename = SmallStellatedDodecahedron.jpg
| rotating = SmallStellatedDodecahedron.gif
| rinfo = (按這裡觀看旋轉模型)
| Type = 克卜勒-龐索立體
星形十二面體
| Coxeter_diagram =
| Wythoff = 5 | 2
| Face = 12
| Edge = 30
| Vertice = 12
| Genu = 4
| Vertices_by_type = 12個5階頂點
| Vertice_type=()5
| Face_configuration=V(55)/2
| Face_type = 12個正五角星
| Conway = lsD
| Symmetry_group = , H3, [5,3], (*532)
| Rotation_group = , [5,3]+, (532)
| dual = 大十二面體
| Index_references = U34, C43, W20
| Dihedral_angle = acos-\tfrac{\sqrt 5}{5} ≈ 116.565051177 度
| Properties = 正、非凸
| 3d_image_info = stl模型
| 3d_image = Small stellated dodecahedron.stl
| vfigimage = Small_stellated_dodecahedron_vertfig.png
| dual_image = Great_dodecahedron.png
| net_image = Dodekaedersternnetz.svg
| elseimage =
| Truncation = 截角小星形十二面體
| Rectification = 截半大十二面體
| Kleetope = 完全星形二十面體
| Kleetope sides = 三
| Kleetope comment = (基於簡單多面體)
}}
小星形十二面體是一種星形正多面體,由12個五角星面組成,為三種星形十二面體之一。小星形十二面體的凸包為正二十面體,而正二十面體的對偶多面體為正十二面體,因此小星形十二面體的對偶多面體也是一種星形十二面體——大十二面體;此外,其頂點的布局與正二十面體相同,但邊的連結方式不同,因此可以視為正二十面體經過後的多面體。因此小星形十二面體和大十二面體皆可以視為抽象多面體{5,5}6在三維空間中的一種具象化形式。這個多面體最早由约翰内斯·开普勒於1619年觀察並描述,
歷史
小星形十二面體的形狀最早出現於保羅·烏切洛在1430年創作於威尼斯聖馬爾谷聖殿宗主教座堂地板上的鑲嵌藝術中,然而當時尚未對這種形狀的性質進行探討,僅作為藝術作品的要素之一。當中包括了大星形十二面體與小星形十二面體。1809年重新發現了开普勒先前發現的星形多面體並另外發現了兩個星形多面體:大二十面體與大十二面體,因此這四個立體現今合稱為克卜勒-龐索立體。1859年,阿瑟·凱萊對這種形狀進行了較詳細的描述,並將其命名為小星形十二面體(),同時這也是這種立體首次在正式文獻中獲命名。這個問題後來在克萊茵的著作中得到了解答,這個立體代表著一個虧格為4的黎曼曲面。
File:Marble floor mosaic Basilica of St Mark Vencice.jpg|保羅·烏切洛在1430年鑲嵌藝術中的小星形十二面體
File:Stellated_dodecahedra_Harmonices_Mundi.jpg|《世界的和諧》中描繪的小星形十二面體
性質
小星形十二面體由組成12個面、30條邊和12個頂點組成,每條邊皆等長,且皆為2個正五角星的公共邊。由此可知,這個立體具備了所有面全等、所有邊等長、所有角等角的性質,是一種正多面體,然而這種立體是一個非凸多面體,因此不在古典的5種多面體中,是4個非凸正多面體之一,
二面角
小星形十二面體是一種星形正多面體,因此具有所有角相等的性質。其二面角只有一个值,其值為負五平方根倒數之反餘弦:
:\cos^{-1} (-\frac{\sqrt{5}}{5}) \approx 2.03444394 \approx 116.565051177 ^{\circ}
面的組成
小星形十二面體由12個五角星面組成,這些五角星皆全等,並且其構成方式為由正五邊形的頂點,以間隔為2的方式相接,在施萊夫利符號中可以用{5/2}來表示,而小星形十二面體每個頂點都是5個五角星面的公共頂點,在施萊夫利符號中表示為{5/2,5}。在拓樸學上,這種結構與{5,5}無異,因此小星形十二面體也可以視為將五階五邊形鑲嵌這種雙曲鑲嵌局部區域閉合後的結果。
拓樸
若將小星形十二面體的五角星依照複雜多邊形的方式分解成5個等腰三角形,則其拓樸結構將與五角化十二面體等價,只是前者的錐高更高,而使其成為非凸多面體;對應的骨架圖為二十面體圖。
使用
不少藝術家有使用小星形十二面體進行創作,例如保羅·烏切洛在1430年創作於威尼斯聖馬爾谷聖殿宗主教座堂地板上的鑲嵌藝術中就能發現小星形十二面體的蹤影;相同的形狀也出現在兩件莫里茨·科内利斯·埃舍尔的兩件石版印刷作品中,分別是1950年創作的《Contrast》與1952年創作的。
File:Marble floor mosaic Basilica of St Mark Vencice.jpg|聖馬爾谷聖殿宗主教座堂地板上的鑲嵌藝術
File:Geometric sculpture at New Mersey Park.jpg|中小星形十二面體造型的藝術品
File:Universiteit Twente Mesa Plus Escher Object.jpg|基於莫里茨·科内利斯·埃舍尔作品的雕塑作品,展示於特文特大学
File:Ceiling illumination made of staind glass ceiling in the Tokyo Metropolotan Teien Art Museum.jpg|小星形十二面體造型燈飾
相關多面體與鑲嵌
部分多面體與鑲嵌與小星形十二面體有一些幾何關聯。例如部分多面體可透過小星形十二面體經過康威變換而得到,例如截角大十二面體、截半大十二面體、以及其對偶多面體大十二面體 pp. 145–154}}|group="註"|name="Truncation (geometry)"}}可構成一個外觀與正十二面體無異的退化均勻多面體。這種多面體在考克斯特記號中可以用表示。雖然其外觀與正十二面體無異,然而這種立體並非十二面體,而是一種退化的二十四面體,其由24個面、90條邊和60個頂點組成,其中24個面為12個正五邊形和12個繞兩圈的正五邊形組成,整體可以視為是每個頂點都是2個十邊形和1個五邊形之公共頂點的抽象等角二十四面體的具像化。
不同的截角深度也會產生不同的幾何體:
簡單多面體
構造而得的立體]]
小星形十二面體可以化為簡單多面體,此時會將小星形十二面體的12個五角星面分割成60個等腰三角形面,這種立體可以三角化成其他立體:
貝齊奧立體
讓-伊夫·貝齊奧曾在其論文中探討星形十二面體,但不慎將以五邊形組成的正十二面體之星形化體與菱形組成的菱形十二面體之星形化體搞混了。後來莫雷帝將其描述為在正十二面體的面上加入五角錐組成的立體,即小星形十二面體。
後來,漢士·史梅斯特(Hans Smessaert)等人才以星形四角化菱形十二面體的結構完成貝齊奧最初探討的議題。
星形鑲嵌圖
其也可以視為一系列施萊夫利符號中可利用{n/2,n}表示的星形鑲嵌之一,例如七階七角星鑲嵌:
對偶複合體
:
小星形十二面體與其對偶多面體的複合體為複合小星形十二面體大十二面體。其共有24個面、60條邊和24個頂點,其尤拉示性數為-12,虧格為7,而在這個立體圖形中,僅有小星形十二面體可見,大十二面體完全隱沒於小星形十二面體而不可見。
參見
*五角化十二面體
註釋
参考文献
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