Ikosaeder

Das reguläre Ikosaeder ist einer der fünf platonischen Körper. Es ist ein konvexes regelmäßiges Polyeder, das aus zwanzig dreieckigen Flächen besteht, wobei sich fünf an jedem der zwölf Eckpunkte treffen. Es hat 30 Kanten und 12 Eckpunkten. Seine duale Polyeder ist das Dodekaeder.,

Abmessungen

Wenn die Kantenlänge eines regulären Ikosaeders ist , ist der Radius einer umschriebenen Kugel (eine, die das Ikosaeder an allen Ecken berührt)

und der Radius einer beschrifteten Kugel (Tangente zu jeder der Gesichter des Ikosaeders) ist

während der Midradius, der die Mitte jeder Kante berührt,

wobei (auch genannt) das goldene Verhältnis ist.,

Fläche und Volumen

Die Oberfläche und das Volumen eines regulären Ikosaeders mit Kantenlänge sind:

Kartesische Koordinaten


Die folgenden kartesischen Koordinaten definieren die Eckpunkte eines Ikosaeders mit Kantenlänge 2, zentriert am Ursprung:

wobei ist das goldene Verhältnis (auch τ geschrieben)., Beachten Sie, dass diese Eckpunkte fünf Sätze von drei gegenseitig zentrierten, sich gegenseitig orthogonalen goldenen Rechtecken bilden.

Die 12 Kanten eines regulären Oktaeders können im goldenen Verhältnis partitioniert werden, so dass die resultierenden Eckpunkte ein reguläres Ikosaeder definieren. Dies geschieht, indem zuerst Vektoren entlang der Kanten des Oktaeders so platziert werden, dass jede Fläche durch einen Zyklus begrenzt wird, und dann jede Kante in ähnlicher Weise entlang der Richtung ihres Vektors in das goldene Mittel unterteilt wird., Die fünf Oktaeder, die ein gegebenes Ikosaeder definieren, bilden eine reguläre polyedrische Verbindung, ebenso wie die beiden Ikosaeder, die auf diese Weise aus jedem gegebenen Oktaeder definiert werden können.

Konstruktion durch ein System von Äquiangularlinien

Die folgende Konstruktion des Icoshädrons vermeidet langwierige Berechnungen im Zahlenfeld , die in elementareren Ansätzen erforderlich sind.

Die Existenz des Ikosaeders entspricht der Existenz von sechs gleichwinkligen Linien in ., In der Tat ergibt das Schneiden eines solchen Systems von äquiangulären Linien mit einer euklidischen Kugel, die an ihrem gemeinsamen Schnittpunkt zentriert ist, die zwölf Eckpunkte eines regulären Ikosaeders, wie leicht überprüft werden kann. Umgekehrt bilden Linien, die durch ihre sechs Paare entgegengesetzter Eckpunkte definiert sind, unter der Annahme der Existenz eines regulären Ikosaeders ein gleichwinkliges System.

Um ein solches gleichwinkliges System zu konstruieren, beginnen wir mit der Matrix

von quadratischer Größe ., (Mnemonik: Die Matrix kodiert die Winkel, die für einen positiven Eintrag spitz sind, ansonsten stumpf zwischen fünf zyklisch aufeinanderfolgenden Eckpunkten neben einem ersten Eckpunkt eines Ikosaeders, das am Ursprung zentriert ist.)

Eine einfache Berechnung ergibt . Dies impliziert, dass Eigenwerte hat , beide mit Multiplizität 3, da symmetrisch und von Spur 0 ist., Die Matrix induziert diese euklidische Struktur im Quotientenraum , die isomorph zu ist, da der Kernel von die Dimension 3 hat. Das Bild unter der Projektion der sechs Koordinatenachsen in bildet somit ein System von sechs gleichwinkligen Linien in , die sich paarweise in einem gemeinsamen spitzen Winkel von schneiden ., Orthogonale Projektion von auf den -Eigenbereich von ergibt somit die zwölf Eckpunkte des Ikosaeders.

Eine zweite einfache Konstruktion des Ikosaeders verwendet die Repräsentationstheorie der alternierenden Gruppe , die durch direkte Isometrien auf dem Ikosaeder wirkt.

Stellationen

Nach bestimmten Regeln, die im Buch Die neunundfünfzig Ikosaeder definiert sind, wurden 59 Stellationen für das reguläre Ikosaeder identifiziert. Die erste form ist das Ikosaeder selbst., Einer ist ein normaler Kepler-Poinsot-Feststoff. Drei sind regelmäßige zusammengesetzte Polyeder.

21 von 59 Stellationen

Die Flächen des Ikosaeders erstreckten sich nach außen, wenn sich Ebenen schneiden, und definierten Regionen im Raum, wie in diesem Stellationsdiagramm der Schnittpunkte in einem einzigen Bild gezeigt flugzeug.,

Geometric relations


Icosahedron as a snub tetrahedron.,

Icosahedron as an alternated truncated octahedron.

There are distortions of the icosahedron that, while no longer regular, are nevertheless vertex-uniform., Diese sind invariant unter den gleichen Rotationen wie das Tetraeder und sind etwas analog zu dem Snub Cube und Snub Dodekaeder, einschließlich einiger Formen, die chiral und einige mit Th-Symmetrie sind, d.h. haben verschiedene Symmetrieebenen aus dem Tetraeder. Das Ikosaeder hat eine große Anzahl von Stellationen, darunter eines der Kepler-Poinsot-Polyeder und einige der regulären Verbindungen, die hier diskutiert werden könnten.

Das Ikosaeder ist unter den platonischen Festkörpern einzigartig, da es einen diedrischen Winkel von nicht weniger als 120°besitzt. Seine dieder-Winkel ist ungefähr 138.19°.,weniger als 120° und kann nicht als die Flächen eines konvexen regulären Polyeders verwendet werden Da eine solche Konstruktion nicht die Anforderung erfüllen würde, dass mindestens drei Flächen an einem Scheitelpunkt übereinstimmen und einen positiven Defekt für die dreidimensionale Faltung hinterlassen, können Icosaeder nicht als Zellen eines konvexen regulären Polychorons verwendet werden, da in ähnlicher Weise mindestens drei Zellen an einer Kante übereinstimmen und einen positiven Defekt für die Faltung in vier Dimensionen hinterlassen müssen (im Allgemeinen für ein konvexes Polytop in facetten müssen sich auf einem Höhepunkt treffen und einen positiven Defekt für das Falten im n-Raum hinterlassen)., In Kombination mit geeigneten Zellen mit kleineren diedrischen Winkeln können Ikosaeder jedoch als Zellen in halbregulärer Polychora (z. B. der Snob 24-Zelle) verwendet werden, ebenso wie Sechsecke als Flächen in halbregulären Polyedern (z. B. dem abgeschnittenen Ikosaeder) verwendet werden können. Schließlich erfüllen nichtkonvexe Polytope nicht die gleichen strengen Anforderungen wie konvexe Polytope, und Ikosaeder sind in der Tat die Zellen der ikosaedrischen 120-Zelle, einer der zehn nichtkonvexen regulären Polychora.

Ein Ikosaeder kann auch als gyroelongiertes fünfeckiges Bipyramid bezeichnet werden., Es kann in eine gyroelongierte fünfeckige Pyramide und eine fünfeckige Pyramide oder in einen fünfeckigen Antiprismus und zwei gleiche fünfeckige Pyramiden zerlegt werden.

Das Ikosaeder kann auch als Snubtetraeder bezeichnet werden, da die Snubifikation eines regulären Tetraeders ein reguläres Ikosaeder ergibt., Alternativ kann man unter Verwendung der Nomenklatur für Snub-Polyeder, die sich auf einen Snub-Würfel als Snub-Cuboctaeder (Cuboctaeder = rektifizierter Würfel) und ein Snub-Dodekaeder als Snub-Icosidodekaeder (Icosidodekaeder = rektifiziertes Dodekaeder) bezieht, das Icosaeder das Snub-Oktaeder nennen (Oktaeder = rektifiziertes Tetraeder).

Ein rektifiziertes Ikosaeder bildet ein Ikosidodekaeder.

Ikosaeder vs Dodekaeder

Wenn ein Ikosaeder in eine Kugel eingeschrieben ist, nimmt es weniger des Volumens der Kugel ein (60,54%) als ein Dodekaeder, das in derselben Kugel eingeschrieben ist (66,49%).,

Da es sich um Duale handelt, ist es auch möglich, eine in die andere umzuwandeln (siehe unten).,


Icosahedron

Truncated icosahedron

Icosidodecahedron

Truncated dodecahedron

Dodecahedron

Uses and natural forms

File:Herpes simpex virus.,jpg

Elektronenmikrograph des Herpes-simplex-Virus.

Viele Viren, z.B. herpes-virus, haben die Form eines ikosaeders. Virale Strukturen bestehen aus wiederholten identischen Proteinuntereinheiten und das Ikosaeder ist die einfachste Form, um diese Untereinheiten zu montieren. Ein normales Polyeder wird verwendet, weil es aus einer einzigen Grundeinheit aufgebaut und immer wieder verwendet werden kann; Dies spart Platz im viralen Genom.,

In 1904, Ernst Haeckel described a number of species of Radiolaria, including Circogonia icosahedra, whose skeleton is shaped like a regular icosahedron. A copy of Haeckel’s illustration for this radiolarian appears in the article on regular polyhedra.

Ein Ikosaeder ist das dreidimensionale Spielbrett für Icosagame, früher bekannt als Ico Crystal Game.

Ein Ikosaeder wird im Brettspiel Scattergories verwendet, um einen Buchstaben des Alphabets auszuwählen. Sechs wenig verwendete Buchstaben wie X, Q und Z werden weggelassen.

In einem magischen 8-Ball werden verschiedene Antworten auf Ja-Nein-Fragen auf einem normalen Ikosaeder gedruckt.

Das funktional angezeigte Ikosaeder ist im hellen Farbton Sol de la Flor zu sehen., Die Rosette, die durch die überlappenden Stücke gebildet wird, zeigt eine Ähnlichkeit mit der Frangipani-Blume.

Wenn jede Kante eines Ikosaeders durch einen Ein-Ohm-Widerstand ersetzt wird, beträgt der Widerstand zwischen gegenüberliegenden Eckpunkten 0,5 Ohm und der zwischen benachbarten Eckpunkten 11/30 Ohm.

Die Symmetriegruppe des Ikosaeders ist isomorph zur alternierenden Gruppe auf fünf Buchstaben. Diese nichtabelische einfache Gruppe ist die einzige nichttriviale normale Untergruppe der symmetrischen Gruppe mit fünf Buchstaben., Da die Galois-Gruppe der allgemeinen quintischen Gleichung isomorph zur symmetrischen Gruppe auf fünf Buchstaben ist und die Tatsache, dass die ikosaedrische Gruppe einfach und nichtabelisch ist, bedeutet, dass quintische Gleichungen keine Lösung in Radikalen haben müssen. Der Beweis des Abel-Ruffini-Theorems verwendet diese einfache Tatsache, und Felix Klein schrieb ein Buch, das die Theorie der ikosaedrischen Symmetrien verwendete, um eine analytische Lösung für die allgemeine quintische Gleichung abzuleiten.,

Siehe auch

Vorlage:Wiktionarypar

  • Abgeschnittenes Ikosaeder
  • Reguläres Polyeder
  • Geodätische Gitter verwenden ein iterativ halbiertes Ikosaeder, um Gitter auf einer Kugel zu erzeugen
  • Jessen ‚ s Ikosaeder

Vorlage:Wikisource1911Enc

Template:Commonscat

  • Weisstein, Eric W., „Icosaeder“ von MathWorld.
  • Papiermodelle des Ikosaeders
  • Die einheitlichen Polyeder
  • K. J. M., MacLean, Eine geometrische Analyse der fünf platonischen Festkörper und anderer halbregulärer Polyeder
  • Interaktives Ikosaedermodell-funktioniert direkt in Ihrem Webbrowser
  • Virtual Reality Polyeder Die Enzyklopädie der Polyeder
  • Tulane.,edu ist eine Diskussion der Superstruktur und des Ikosaeders
  • Papiermodelle von Polyedern Viele Links
  • Origami Polyeder-Modelle werden mit einem modularen Origami hergestellt
  • Das Video des Ikosaederspiegels ist eine Skulptur

Vorlage: Polyeder

az:Ikosaedrca:Icosàedrecs:Dvacetistěnda:Ikosaederet:Ikosaeedereo:Dudekedrofa:بیستوجهیit:Icosaedrohe:איקוסהדרוןlv:Ikosaedrshu:Ikozaédernl:Icosaëderno:Ikosaederpl: Dwudziestościan foremnypt:Icosaedrosimple:Icosaedronsq:Ikosaedri i rregulltsr:ИкосаедарSv: Ikosaederta: erupted

Twenty-sided die.,

In einigen Rollenspielen wird der zwanzigseitige Würfel (kurz d20) verwendet, um den Erfolg oder Misserfolg einer Aktion zu bestimmen. Dieser Würfel hat die Form eines regulären Ikosaeders. Es kann zweimal von „0“ bis „9“ nummeriert werden (in welcher Form es normalerweise als zehnseitiger Würfel oder d10 dient), aber die meisten modernen Versionen sind von „1“ bis „20“gekennzeichnet. Sehen d20-System.,

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