WSTĘP O WIELOŚCIANACH

Wielościanem nazywamy figurę geometryczną będącą sumą skończonej ilości czworościanów, przy czym dowolne dwa punkty tej figury można połączyć łamaną leżącą w tej figurze. Czworościany na które można rozłożyć wielościan stanowią jego triangulację. Każdy wielościan można poddać triangulacji. Jeśli wszystkie ściany wielościanu są wielokątami foremnymi (niekoniecznie przystającymi) a wierzchołki są przystające, wówczas takie wielościany nazywać będziemy wielościanami jednorodnymi (w jęz. ang. uniform polyhedra).
Wielościany, których wszystkie ściany są wielokątami foremnymi przystającymi do siebie a naroża są foremnymi kątami bryłowymi nazywamy wielościanami foremnymi (w jęz. ang. regular polyhedra). Oczywiście wielościany foremne są również jednorodne.
Znanych jest 18 wypukłych wielościanów jednorodnych, mianowicie 5 wielościanów platońskich i
13 wielościanów archimedesowskich
.

Wielościany platońskie:
 


czworościan for.


ośmiościan for.


sześcian


dwunastościan for.


dwudziestościan for.

Wielościany archimedesowskie:

Powstają one z wielościanów foremnych przez obcięcie płaszczyzną ich naroży. Tym sposobem w ich narożach powstają wielokąty foremne, nadając wielościanowi ponownie charakter jednolitości. Ilość krawędzi w ścianie wielokąta ściętego jest dwukrotnie większa, niż ilość krawędzi ściany wielościanu bazowego, z którego powstał.
Jeśli płaszczyzny przecięć stykają się ze sobą w środku każdej krawędzi, wówczas ściany nowoutworzonego wielościanu są tego samego rodzaju, co ściany wielościanu bazowego. Gdy przykładowo odetniemy naroża sześcianu do połowy jego krawędzi, to ścięcia będą trójkątami równobocznymi, ale pozostałe ściany dalej będą kwadratami. Wielościany archimedesowskie można podzielić według klas ich symetrii. Można zauważyć, że nazewnictwo i pochodzenie tych samych wielościanów jest bardzo podobne
w klasie symetrii sześcienno-ośmiosciennej  i dwunasto-dwudziestościennej . Odpowiednikiem sześcianu jest dwunastościan, a ośmiościanu - dwudziestościan.

a/ grupa symetrii czworościennej
 


czworościan ścięty


b/ grupa symetrii sześcienno - ośmiościennej
 


sześcioośmiościan


ośmiościan ścięty


sześcian ścięty


sześcioośmiościan rombowy


sześcioośmiościan ścięty


sześcian przycięty


c/ grupa symetrii dwunasto - dwudziestościennej
 


dwudziestodwunastościan


dwudziestościan ścięty


dwunastościan ścięty


dwudziestodwunastościan rombowy


dwudziestodwunastościan ścięty


dwunastościan przycięty

Istnieją również dwie rodziny wielościanów zwanych pryzmami i antypryzmami. Powstają one na bazie dwóch równoległych ścian będących n-kątem foremnym przez połączenie ich wierzchołków krawędziami. Takie bryły można tworzyć w nieskończoność. Każda bryła istnieje dla dowolnego foremnego n-kąta (n=3,4,...).

Pryzma i antypryzma:


pryzma pięciokątna


antypryzma pięciokątna

Jeśli odrzucimy warunek wypukłości wielościanów, wówczas możemy otrzymać więcej wielościanów jednolitych. Po pierwsze, ich ściany nie muszą być już wielokątami wypukłymi. Zamiast np. pięciokąta foremnego możemy przyjąć pięciokątną gwiazdę (pentagram). Tym sposobem do naszych wielościanów dodamy jeszcze 4 wielościany Keplera-Poinsota.

Wielościany Keplera-Poinsota:

Wielościany te podnoszą liczbę wielościanów foremnych do dziewięciu. Są one wklęsłe ale spełniają warunek foremności. Ich ściany są wielokątami foremnymi wklęsłymi opartymi na pięciokacie.


dwunastościan gwiaździsty mały

dwunastościan wielki

dwunastościan gwiaździsty wielki

dwudziestościan wielki

WIELOŚCIANY JEDNORODNE WKLĘSŁE

Interesująco przedstawiają się wielościany wklęsłe zbudowane na bazie wielościanów archimedesowskich. Podzielimy je również na klasy symetrii.

a/ grupa symetrii czworościennej
 


ośmio-ośmiościan wklęsły


czworo-sześciościan wklęsły


b/ grupa symetrii sześcienno - ośmiościennej


sześcioośmiościan mały


sześcioośmiościan ścięty sześciennie


sześcioośmiościan wklęsły


sześcioośmiościan rombowy ścięty


sześcioośmiościan rombowy wielki


 


mały sześciościan rombowy


sześcioośmiościan ścięty


sześcioośmiościan wielki ścięty


sześciościan wielki rombowy


c/ grupa symetrii dwunasto - dwudziestościennej
 


mały potrójny
dwudziesto-dwunastościan


mały dwudziesto-dwudziesto-
dwunastościan


mały
dwudziesto-dwudziesto- dwunastościan przycięty


mały dwunasto-dwudziesto-dwunastościan


dwunastościan ścięty wielki


dwunasto-dwunastościan rombowy


 


dwunastościan rombowy mały



dwunasto-dwunastościan przycięty


 dwunasto-dwunastościan
potrójny


wielki potrójny dwunasto-dwudziesto-dwunastościan


mały potrójny dwunasto-dwudziesto-dwunastościan


dwudziesto-dwunasto-dwunastościan


 

dwunasto-dwunastościan ścięty dwudziestościennie


dwunasto-dwunastościan


wielki potrójny  dwudziesto-
dwunastościan


wielki
dwudziesto-dwudziesto- dwunastościan


mały dwudziesto-dwunastościan wklęsły


dwunasto-dwudziestościan mały


 

dwunasto-dwunastościan wklęsły mały


dwudziestościan ścięty wielki


dwudziestościan rombowy


dwudziesto- dwunastościan przycięty
wielki


dwunastościan  gwiaździsty  ścięty mały


 

 

dwunasto-dwunastościan ścięty


dwunasto-
dwunastościan przycięty odwrócony


dwunasto-dwudziestościan wielki wklęsły


dwunasto-dwudziestościan wklęsły mały


dwunasto-dwudziestościan wielki


dwunastodwudziesto-dwunastościan przycięty wielki


 

 


dwunasto-dwudziestościan
wklęsły wielki


dwunastościan
gwiaździsty ścięty  wielki


dwudziesto-dwunastościan rombowy wielki


dwudziesto-dwunastościan ścięty wielki


dwudziesto dwunastościan przycięty  odwrócony wielki


 dwunasto-dwunastościan wklęsły wielki


 


dwudziesto-dwunastościan wklęsły wielki


dwudziesto-dwunastościan przycięty mały


dwunastościan rombowy wielki


dwudziesto-dwunastościan przycięty wielki


dwudziesto- dwunastościan podwójny rombowy wielki

 

Ścięte bryły Keplera-Poinsota:


dwunasto-dwunastościan  


dwudziesto-dwunastościan wielki

trzydziestościan gwiaździsty mały


trzydziestościan gwiaździsty wielki

 

Oprócz tych niemal osiemdziesięciu do niedawna klasycznych wielościanów zaliczamy obecnie całe klasy innych wielościanów, np.: deltościany, kompozycje wielościanów, wielościany Watermana, Johnsona, rodziny stelacji wielościanów itp. Omówione są one w dziale "wielościany inne".

Powrót


opracował B.P. na podstawie strony www.mathconsult.meader.ch dr. Romana Meadera z Szwajcarii.