恰薩爾十四面體

恰薩爾十四面體是一種可以對應到拓撲环面的非凸多面體,由於1949年發現。

性質
的過程]]

恰薩爾十四面體由14個面、21條邊和7個頂點組成。在這七個頂點中,每個頂點都是6個三角形的公共頂點,其可以分成3組和一個單獨的頂點,三組兩兩相等,與其對偶多面體——希洛西七面體的面對應也就是說,對恰薩爾十四面體的所有頂點而言,任意兩個頂點間皆有一條邊連接,因此這個多面體不存在任何不在邊界上且連接兩個頂點的線段。這種性質目前已知僅有正四面體和恰薩爾十四面體擁有。這種性質在圖論中稱為完全圖,也就是說恰薩爾十四面體可以對應到七個頂點的完全圖。

若一個在一個有h個孔洞的環面構建一個邊界包含v個頂點的多面體,且所有頂點中任兩個頂點間都有邊相連,則其部分的歐拉特徵數會具有以下關係:
h = \frac{(v-3)(v-4)}{12}.
對於零個孔、四個頂點(h=0、v=4)的四面體和1個孔、7個頂點(h=1、v=7)的恰薩爾十四面體都滿足這個方程。下一個可能的整數解是6個孔、12個頂點(h=6、v=12)具有44個面和66個條邊的多面體。然而目前並不知道是否存在實體的多面體滿足這個特性,而非僅能以抽象多面體的方式存在。更無法確定這樣的多面體是否能在更高虧格的環面下存在。更一般地,當v除以12餘0、3、4或7時,上述等式給出的h值皆為整數。

頂點座標
恰薩爾十四面體的最短邊長為\tfrac{\sqrt{1238}}{6}\approx5.8642單位長,且幾何中心位於原點時,此時7頂點的座標分別為:

:\left(\pm12,\,0,\,-6\sqrt{2}\right)、\left(0,\,\pm12,\,6\sqrt{2}\right)、\left(-4,\,-3,\,\frac{\sqrt{2}}{2}\right)、\left(4,\,3,\,\frac{\sqrt{2}}{2}\right)、\left(0,\,0,\,\frac{8\sqrt{2}}{3}\right)。
其中,有正負號者代表兩個頂點。在這樣的頂點配置下,恰薩爾十四面體21條邊中共有8個不同的邊長,分別為:\frac{\sqrt{1238}}{6}(兩條邊)、10、\frac{3\sqrt{70}}{2}(四條邊)、\frac{2\sqrt{374}}{3}(兩條邊)、\frac{2\sqrt{662}}{3}(兩條邊)、\frac{3\sqrt{134}}{2}(兩條邊)、\frac{\sqrt{1938}}{2}(兩條邊)、24(六條邊)。

體積與表面積
若一恰薩爾十四面體最短邊長為單位長,則其體積約為8.50517立方單位、表面積A為:
:A=\frac{6\sqrt3+6\sqrt{38}+2\sqrt{101}+3\sqrt{602}+\sqrt{713}+\sqrt{755}+3\sqrt{878}}{6}\approx 47.3597平方單位

用途
恰薩爾十四面體對應的圖和其對偶圖可以用來查找斯坦纳三元系統(Steiner triple systems)。

參見
*希洛西七面體

參考文獻

评论 (0)

  • 还没有评论,来抢沙发吧。