约翰逊多面体












J37:異相双四角台塔柱是唯一一個點正的:每個頂點都是三個正方形和一個等邊三角形。




J92:三角廣底球形屋根丸塔是唯一一個擁有3,4,5,6邊形面的




J6:正五角丸塔,它是半正多面體截半二十面體的一半




J5:正五角台塔


Johnson多面體,有譯作约翰逊多面体莊遜多面體,是指正多面體、半正多面體、棱柱、反棱柱之外,所有由正多邊形面組成的凸多面體。這些立體由諾曼·詹森英语Norman Johnson (mathematician)在1966年命名;1969年,維克托·查加勒英语Victor Zalgaller證明只有92個這樣的立體。


  • 因為在一個頂點相遇的面,每個面在該頂點的角的角度之和,不大於360°,又因為正多邊形的內角至少為60°,故每點最多有五個面在同一頂點。

  • 所有Johnson多面體的面都是3, 4, 5, 6, 8或10邊形。



目录





  • 1 分類


  • 2 立體介紹

    • 2.1 棱錐及塔


    • 2.2 錐柱及雙錐


    • 2.3 台塔柱及丸柱


    • 2.4 側錐柱體


    • 2.5 側錐正多面體


    • 2.6 側台塔半正多面體


    • 2.7 其它



  • 3 參考資料


  • 4 外部連結




分類


Johnson多面體的構成方法之一是將其他由正多邊形面組成的凸多面體和下面幾種立體的拼合:



  • 棱錐:以正三、四、五邊形為底而成的角錐。如:正四角錐(J1)、正五角錐(J2


  • 帳塔(平頂塔):有兩個在空間中平行的正多邊形,其中一個的邊數是另一個的兩倍。在兩者間加入三角形和正方形。如:正三角帳塔(J3)、正四角帳塔(J4)、正五角台塔(J5)。


  • 罩帳:有兩個在空間中平行的正多邊形,其中一個的邊數是另一個的兩倍。在兩者間加入三角形和正五邊形。如:正五角罩帳(J6)、正五角罩帳反角柱(J25)。

另一種方法就是將這個凸多面體「切除」或「加上」一些立體。如:小斜方截半二十面體欠一側帳塔(J76)。


有八個Johnson多面體不能以這些方法取得。如:球形屋根(J86)及其它。



立體介紹


共有92種立體列於下表,表中Jn代表編號,V為頂點數,E為邊數,F為面數。



棱錐及塔


  • 棱錐

  • 台塔

  • 丸塔





























































































Jn名稱
圖像
V
E
F
F3F4F5F6F8F10點群
1

正四角錐

Square pyramid.png
5
8
5
4
1





C4v
2

正五角錐

Pentagonal pyramid.png
6
10
6
5

1




C5v
3

正三角台塔

Triangular cupola.png
9
15
8
4
3

1



C3v
4

正四角台塔

Square cupola.png
12
20
10
4
5


1


C4v
5

正五角台塔

Pentagonal cupola.png
15
25
12
5
5
1


1

C5v
6

正五角丸塔

Pentagonal rotunda.png
20
35
17
10

6


1

C5v


錐柱及雙錐


  • 錐柱

  • 錐反角柱

  • 雙錐

  • 雙錐柱

  • 雙反角錐柱






























































































































































Jn名稱
圖像
V
E
F
F3F4F5F6F8F10點群
7

正三角錐柱

Elongated triangular pyramid.png
7
12
7
4
3





C3v
8

正四角錐柱

Elongated square pyramid.png
9
16
9
4
5





C4v
9

正五角錐柱

Elongated pentagonal pyramid.png
11
20
11
5
5
1




C5v
10

正四角錐反角柱

Gyroelongated square pyramid.png
9
20
13
12
1





C4v
11

正五角錐反角柱

Gyroelongated pentagonal pyramid.png
11
25
16
15

1




C5v
12

雙三角錐

Triangular dipyramid.png
5
9
6
6






D3h
13

雙五角錐

Pentagonal dipyramid.png
7
15
10
10






D5h
14

雙三角錐柱

Elongated triangular dipyramid.png
8
15
9
6
3





D3h
15

雙四角錐柱

Elongated square dipyramid.png
10
20
12
8
4





D4h
16

雙五角錐柱

Elongated pentagonal dipyramid.png
12
25
15
10
5





D5h
17

雙四角錐反角柱

Gyroelongated square dipyramid.png
10
24
16
16






D4d


台塔柱及丸柱


  • 帳塔柱

  • 丸塔柱

  • 台塔反角柱

  • 丸塔反角柱

  • 雙角柱

  • 雙台塔

  • 台塔丸塔

  • 雙丸塔

  • 雙台塔柱

  • 台塔丸塔柱

  • 雙丸塔柱

  • 雙台塔反角柱

  • 雙丸塔反角柱


































































































































































































































































































































































































































Jn名稱
圖像
V
E
F
F3F4F5F6F8F10點群
18

正三角台塔柱

Elongated triangular cupola.png
15
27
14
4
9

1



C3v
19

正四角台塔柱

Elongated square cupola.png
20
36
18
4
13


1


C4v
20

正五角台塔柱

Elongated pentagonal cupola.png
25
45
22
5
15
1


1

C5v
21

正五角丸塔柱

Elongated pentagonal rotunda.png
30
55
27
10
10
6


1

C5v
22

正三角台塔反角柱

Gyroelongated triangular cupola.png
15
33
20
16
3

1



C3v
23

正四角台塔反角柱

Gyroelongated square cupola.png
20
44
26
20
5


1


C4v
24

正五角台塔反角柱

Gyroelongated pentagonal cupola.png
25
55
32
25
5
1


1

C5v
25

正五角丸塔反角柱

Gyroelongated pentagonal rotunda.png
30
65
37
30

6


1

C5v
26

異相雙三角柱

Gyrobifastigium.png
8
14
8
4
4





D2d
27

同相雙三角台塔

Triangular orthobicupola.png
12
24
14
8
6





D3h
28

同相雙四角台塔

Square orthobicupola.png
16
32
18
8
10





D4h
29

異相雙四角台塔

Square gyrobicupola.png
16
32
18
8
10





D4d
30

同相雙五角台塔

Pentagonal orthobicupola.png
20
40
22
10
10
2




D5h
31

異相雙五角台塔

Pentagonal gyrobicupola.png
20
40
22
10
10
2




D5d
32

同相五角台塔丸塔

Pentagonal orthocupolarotunda.png
25
50
27
15
5
7




C5v
33

異相五角台塔丸塔

Pentagonal gyrocupolarotunda.png
25
50
27
15
5
7




C5v
34

同相雙五角丸塔

Pentagonal orthobirotunda.png
30
60
32
20

12




D5h
35

同相雙三角台塔柱

Elongated triangular orthobicupola.png
18
36
20
8
12





D3h
36

異相雙三角台塔柱

Elongated triangular gyrobicupola.png
18
36
20
8
12





D3d
37

異相双四角台塔柱

Elongated square gyrobicupola.png
24
48
26
8
18





D4d
38

同相雙五角台塔柱

Elongated pentagonal orthobicupola.png
30
60
32
10
20
2




D5h
39

異相雙五角台塔柱

Elongated pentagonal gyrobicupola.png
30
60
32
10
20
2




D5d
40

同相五角台塔丸塔柱

Elongated pentagonal orthocupolarotunda.png
35
70
37
15
15
7




C5v
41

異相五角台塔丸塔柱

Elongated pentagonal gyrocupolarotunda.png
35
70
37
15
15
7




C5v
42

同相雙五角丸塔柱

Elongated pentagonal orthobirotunda.png
40
80
42
20
10
12




D5h
43

異相雙五角丸塔柱

Elongated pentagonal gyrobirotunda.png
40
80
42
20
10
12




D5d
44

雙三角台塔反角柱

Gyroelongated triangular bicupola.png
18
42
26
20
6





D3
45

雙四角台塔反角柱

Gyroelongated square bicupola.png
24
56
34
24
10





D4
46

雙五角台塔反角柱

Gyroelongated pentagonal bicupola.png
30
70
42
30
10
2




D5
47

五角台塔丸塔反角柱

Gyroelongated pentagonal cupolarotunda.png
35
80
47
35
5
7




C5
48

双五角丸塔反角柱

Gyroelongated pentagonal birotunda.png
40
90
52
40

12




D5


側錐柱體





































































































































Jn名稱
圖像
V
E
F
F3F4F5F6F8F10點群
49

側錐三角柱

Augmented triangular prism.png
7
13
8
6
2





C2v
50

二側錐三角柱

Biaugmented triangular prism.png
8
17
11
10
1





C2v
51

三側錐三角柱

Triaugmented triangular prism.png
9
21
14
14






D3h
52

側錐五角柱

Augmented pentagonal prism.png
11
19
10
4
4
2




C2v
53

二側錐五角柱

Biaugmented pentagonal prism.png
12
23
13
8
3
2




C2v
54

側錐六角柱

Augmented hexagonal prism.png
13
22
11
4
5

2



C2v
55

雙側錐六角柱

Parabiaugmented hexagonal prism.png
14
26
14
8
4

2



D2h
56

二側錐六角柱

Metabiaugmented hexagonal prism.png
14
26
14
8
4

2



C2v
57

三側錐六角柱

Triaugmented hexagonal prism.png
15
30
17
12
3

2



D3h


側錐正多面體


  • 側錐正多面體

  • 正多面體欠側錐










































































































Jn名稱
圖像
V
E
F
F3F4F5F6F8F10點群
58

側錐正十二面体

Augmented dodecahedron.png
21
35
16
5

11




C5v
59

雙側錐正十二面体

Parabiaugmented dodecahedron.png
22
40
20
10

10




D5d
60

二側錐正十二面体

Metabiaugmented dodecahedron.png
22
40
20
10

10




C2v
61

三側錐正十二面体

Triaugmented dodecahedron.png
23
45
24
15

9




C3v
62

正二十面體欠二側錐

Metabidiminished icosahedron.png
10
20
12
10

2




C2v
63

正二十面體欠三側錐

Tridiminished icosahedron.png
9
15
8
5

3




C3v
64

側錐正二十面體欠三側錐

Augmented tridiminished icosahedron.png
10
18
10
7

3




C3v


側台塔半正多面體







































































































































































































































































Jn名稱
圖像
V
E
F
F3F4F5F6F8F10點群
65

側台塔截角四面體

Augmented truncated tetrahedron.png
15
27
14
8
3

3



C3v
66

側台塔截角立方體

Augmented truncated cube.png
28
48
22
12
5


5


C4v
67

雙側台塔截角立方體

Biaugmented truncated cube.png
32
60
30
16
10


4


D4h
68

側台塔截角十二面體

Augmented truncated dodecahedron.png
65
105
42
25
5
1


11

C5v
69

雙側台塔截角十二面體

Parabiaugmented truncated dodecahedron.png
70
120
52
30
10
2


10

D5d
70

二側台塔截角十二面體

Metabiaugmented truncated dodecahedron.png
70
120
52
30
10
2


10

C2v
71

三側台塔截角十二面體

Triaugmented truncated dodecahedron.png
75
135
62
35
15
3


9

C3v
72

側台塔小斜方截半二十面體

Gyrate rhombicosidodecahedron.png
60
120
62
20
30
12




C5v
73

雙側台塔小斜方截半二十面體

Parabigyrate rhombicosidodecahedron.png
60
120
62
20
30
12




D5d
74

二側台塔小斜方截半二十面體

Metabigyrate rhombicosidodecahedron.png
60
120
62
20
30
12




C2v
75

三側台塔小斜方截半二十面體

Trigyrate rhombicosidodecahedron.png
60
120
62
20
30
12




C3v
76

小斜方截半二十面體欠一側台塔

Diminished rhombicosidodecahedron.png
55
105
52
15
25
11


1

C5v
77

雙側台塔小斜方截半二十面體欠一側台塔

Paragyrate diminished rhombicosidodecahedron.png
55
105
52
15
25
11


1

C5v
78

側台塔小斜方截半二十面體欠一側台塔

Metagyrate diminished rhombicosidodecahedron.png
55
105
52
15
25
11


1

Cs
79

二側台塔小斜方截半二十面體欠一側台塔

Bigyrate diminished rhombicosidodecahedron.png
55
105
52
15
25
11


1

Cs
80

小斜方截半二十面體欠雙側台塔

Parabidiminished rhombicosidodecahedron.png
50
90
42
10
20
10


2

D5d
81

小斜方截半二十面體欠二側台塔

Metabidiminished rhombicosidodecahedron.png
50
90
42
10
20
10


2

C2v
82

側台塔小斜方截半二十面體欠二側台塔

Gyrate bidiminished rhombicosidodecahedron.png
50
90
42
10
20
10


2

Cs
83

小斜方截半二十面體欠三側台塔

Tridiminished rhombicosidodecahedron.png
45
75
32
5
15
9


3

C3v


其它


此九個Johnson多面體不能以切除、增加角錐、台塔、丸塔等方法取得。本段有些立體尚未有中文譯名,故暫採日本譯名。





































































































































Jn名稱
圖像
V
E
F
F3F4F5F6F8F10點群
84

變稜雙五角椎
(Siamese dodecahedron)

Snub disphenoid.png
8
18
12
12






D2d
85

變稜四角反角柱
(Snub square antiprism)

Snub square antiprism.png
16
40
26
24
2





D4d
86

球形屋根
(Sphenocorona)

Sphenocorona.png
10
22
14
12
2





C2v
87

側錐球形屋根
(Augmented sphenocorona)

Augmented sphenocorona.png
11
26
17
16
1





Cs
88

加長型球形屋根
(Sphenomegacorona)

Sphenomegacorona.png
12
28
18
16
2





C2v
89

廣底加長型球形屋根
(Hebesphenomegacorona)

Hebesphenomegacorona.png
14
33
21
18
3





C2v
90

五角錐球形屋根
(Disphenocingulum)

Disphenocingulum.png
16
38
24
20
4





D2d
91

雙新月雙丸塔
(Bilunabirotunda)

Bilunabirotunda.png
14
26
14
8
2
4




D2h
92

三角廣底球形屋根丸塔
(Riangular hebesphenorotunda)

Triangular hebesphenorotunda.png
18
36
20
13
3
3
1



C3v


參考資料



  • Norman Johnson英语Norman Johnson, "Convex Solids with Regular Faces", Canadian Journal of Mathematics, 18, 1966, pages 169–200. Contains the original enumeration of the 92 solids and the conjecture that there are no others.


  • Victor A. Zalgaller英语Victor Zalgaller. Convex Polyhedra with Regular Faces. Consultants Bureau. 1969. No ISBN.  The first proof that there are only 92 Johnson solids.


外部連結


  • Sylvain Gagnon之"Convex polyhedra with regular faces[永久失效連結]", Structural Topology, No. 6, 1982, 83-95.

  • Paper Models of Polyhedra

  • George W. Hart描述之Johnson多面體

  • 92種立體的圖片

  • 埃里克·韦斯坦因. Johnson多面體. MathWorld. 

  • Johnson多面體虛擬模型

  • Magnetic Blocks之Educational toy system for making Johnson solids and other polyhedra

  • Vladimir Bulatov之Johnson多面體的虛擬模型


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