stringtranslate.com

Johnson sólido

La girobicúpula cuadrada alargada ( J 37 ), un sólido de Johnson
Este ejemplo de 24 triángulos equiláteros no es un sólido de Johnson porque no es convexo.
Este ejemplo de 24 cuadrados no es un sólido de Johnson porque no es estrictamente convexo (tiene ángulos diédricos de 180° )

En geometría , un sólido de Johnson es un poliedro estrictamente convexo, cada cara del cual es un polígono regular . No hay ningún requisito de que cada cara deba ser el mismo polígono , o que los mismos polígonos se unan alrededor de cada vértice . Un ejemplo de sólido de Johnson es la pirámide de base cuadrada con lados equiláteros ( J 1 ); tiene 1 cara cuadrada y 4 caras triangulares. Algunos autores exigen que el sólido no sea uniforme (es decir, no sea sólido platónico , sólido de Arquímedes , prisma uniforme o antiprisma uniforme ) antes de referirse a él como un "sólido de Johnson".

Como en cualquier sólido estrictamente convexo, al menos tres caras se encuentran en cada vértice y el total de sus ángulos es inferior a 360 grados. Dado que un polígono regular tiene ángulos de al menos 60 grados, se deduce que como máximo cinco caras se encuentran en cualquier vértice. La pirámide pentagonal ( J 2 ) es un ejemplo que tiene un vértice de grado 5.

Aunque no existe una restricción obvia de que cualquier polígono regular dado no pueda ser una cara de un sólido de Johnson, resulta que las caras de los sólidos de Johnson que no son uniformes (es decir, no son un sólido platónico , un sólido de Arquímedes , un prisma uniforme o un antiprisma uniforme). ) siempre tienen 3, 4, 5, 6, 8 o 10 lados.

En 1966, Norman Johnson publicó una lista que incluía los 92 sólidos de Johnson (excluyendo los 5 sólidos platónicos, los 13 sólidos de Arquímedes, los infinitos prismas uniformes y los infinitos antiprismas uniformes), y les dio sus nombres y números. No demostró que sólo fueran 92, pero sí conjeturó que no había más. Víctor Zalgaller demostró en 1969 que la lista de Johnson estaba completa.

De los sólidos de Johnson, la girobicúpula cuadrada alargada ( J 37 ), también llamada pseudorombicuboctaedro, [1] es única por ser localmente uniforme en los vértices: hay 4 caras en cada vértice, y su disposición es siempre la misma: 3 cuadrados y 1 triángulo. Sin embargo, no es transitivo de vértice , ya que tiene diferente isometría en diferentes vértices, lo que lo convierte en un sólido de Johnson en lugar de un sólido de Arquímedes .

87 de los 92 sólidos de Johnson tienen la propiedad de Rupert : una copia del sólido, de forma igual o mayor, puede pasar a través de un agujero en el sólido. [2]

Nombres

La denominación de los sólidos de Johnson sigue una fórmula descriptiva flexible y precisa, de modo que muchos sólidos pueden denominarse de diferentes maneras sin comprometer su precisión como descripción. La mayoría de los sólidos de Johnson se pueden construir a partir de los primeros ( pirámides , cúpulas y rotondas ), junto con los sólidos, prismas y antiprismas platónicos y de Arquímedes ; el centro del nombre de un sólido en particular reflejará estos ingredientes. A partir de ahí, se adjuntan a la palabra una serie de prefijos para indicar adiciones, rotaciones y transformaciones:

Las últimas tres operaciones ( aumento , disminución y giro ) se pueden realizar varias veces para ciertos sólidos grandes. Bi- y Tri- indican una operación doble y triple respectivamente. Por ejemplo, un sólido bigirato tiene dos cúpulas rotadas y un sólido tridiminuido tiene tres pirámides o cúpulas eliminadas.

En ciertos sólidos grandes, se hace una distinción entre sólidos donde las caras alteradas son paralelas y sólidos donde las caras alteradas son oblicuas. Para- indica el primero, que el sólido en cuestión tiene caras paralelas alteradas, y meta- el segundo, caras oblicuas alteradas. Por ejemplo, a un sólido parabiaumentado se le han aumentado dos caras paralelas y a un sólido metabigirato se le han aumentado 2 caras oblicuas.

Los últimos sólidos de Johnson tienen nombres basados ​​en ciertos complejos poligonales a partir de los cuales se ensamblan. Estos nombres están definidos por Johnson [3] con la siguiente nomenclatura:

Enumeración

Pirámides, cúpulas y rotondas

Los primeros 6 sólidos de Johnson son pirámides, cúpulas o rotondas con como máximo 5 caras laterales. Las pirámides y cúpulas con 6 o más caras laterales son coplanares y, por tanto, no son sólidos de Johnson.

Pirámides

Los dos primeros sólidos de Johnson, J1 y J2, son pirámides . La pirámide triangular es el tetraedro regular , por lo que no es un sólido de Johnson. Representan secciones de poliedros regulares.

Cúpulas y rotonda

Los siguientes cuatro sólidos de Johnson son tres cúpulas y una rotonda . Representan secciones de poliedros uniformes.

Pirámides modificadas

Los sólidos de Johnson del 7 al 17 se derivan de las pirámides.

Pirámides alargadas y giroelongadas

En la pirámide triangular giroelongada, tres pares de triángulos adyacentes son coplanares y forman rombos no cuadrados, por lo que no es un sólido de Johnson.

bipirámides

La bipirámide cuadrada es el octaedro regular , mientras que la bipirámide pentagonal giroelongada es el icosaedro regular , por lo que no son sólidos de Johnson. En la bipirámide triangular giroelongada, seis pares de triángulos adyacentes son coplanares y forman rombos no cuadrados, por lo que tampoco es un sólido de Johnson.

Cúpulas y rotondas modificadas

Los sólidos de Johnson 18 a 48 se derivan de cúpulas y rotondas.

Cúpulas y rotondas alargadas y giroelongadas

bicúpulas

La girobicúpula triangular es un sólido de Arquímedes (en este caso el cuboctaedro ), por lo que no es un sólido de Johnson.

Cúpulas-rotundas y birotundas

La girobirotunda pentagonal es un sólido de Arquímedes (en este caso el icosidodecaedro ), por lo que no es un sólido de Johnson.

bicúpulas alargadas

La ortobicúpula cuadrada alargada es un sólido de Arquímedes (en este caso el rombicuboctaedro ), por lo que no es un sólido de Johnson.

Cúpulas-rotundas y birotundas alargadas

Bicúpulas, cúpulas-rotundas y birotundas giroelongadas

Estos sólidos de Johnson tienen 2 formas quirales.

Prismas aumentados

Los sólidos de Johnson 49 a 57 se construyen aumentando los lados de los prismas con pirámides cuadradas.

J8 y J15 también encajarían aquí, como prisma cuadrado aumentado y prisma cuadrado biaumentado.

Sólidos platónicos modificados

Los sólidos de Johnson 58 a 64 se construyen aumentando o disminuyendo los sólidos platónicos.

Dodecaedro aumentado

Icosaedro disminuido disminuido y aumentado

Sólidos de Arquímedes modificados

Los sólidos de Johnson 65 a 83 se construyen aumentando, disminuyendo o girando sólidos de Arquímedes.

Sólidos de Arquímedes aumentados

Girado y rombicosidodecaedros disminuidos

J37 también aparecería aquí como un duplicado (es un rombicuboctaedro giratorio).

Otros sólidos girados y disminuidos de Arquímedes.

Otros sólidos de Arquímedes pueden girarse y disminuirse, pero todos dan como resultado sólidos previamente contados.

Sólidos elementales

Los sólidos Johnson 84 a 92 no se derivan de manipulaciones de "cortar y pegar" de sólidos uniformes .

Antiprismas chatos

Los antiprismas chatos se pueden construir como una alternancia de un antiprisma truncado. Las girobianticúpulas son otra construcción de los antiprismas chatos. A partir de polígonos regulares sólo se pueden construir antiprismas chatos con un máximo de 4 lados. El antiprisma triangular chato es el icosaedro regular , por lo que no es un sólido de Johnson.

Otros

Clasificación por tipos de rostros

Sólidos de Johnson con caras triangulares

Cinco sólidos de Johnson son deltaedros , con todas las caras de triángulos equiláteros:

Sólidos de Johnson triangulares y cuadrados

Veinticuatro sólidos de Johnson tienen sólo caras triangulares o cuadradas:

Sólidos de Johnson con caras de triángulo y pentágono

Once sólidos de Johnson tienen sólo caras de triángulo y pentágono:

Sólidos de Johnson con caras de triángulo, cuadrado y pentágono

Veinte sólidos de Johnson sólo tienen caras de triángulo, cuadrado y pentágono:

Sólidos de Johnson con caras triangulares, cuadradas y hexagonales

Ocho sólidos de Johnson sólo tienen caras de triángulo, cuadrado y hexágono:

Sólidos de Johnson con caras de triángulo, cuadrado y octágono

Cinco sólidos de Johnson tienen sólo caras de triángulo, cuadrado y octágono:

Sólidos de Johnson con caras de triángulo, pentágono y decágono

Dos sólidos de Johnson sólo tienen caras de triángulo, pentágono y decágono:

Sólidos de Johnson con caras de triángulo, cuadrado, pentágono y hexágono

Sólo un sólido de Johnson tiene caras de triángulo, cuadrado, pentágono y hexágono:

Sólidos de Johnson con caras de triángulo, cuadrado, pentágono y decágono

Dieciséis sólidos de Johnson tienen sólo caras de triángulo, cuadrado, pentágono y decágono:

Sólidos circunscribibles de Johnson

25 de los sólidos de Johnson tienen vértices que existen en la superficie de una esfera : 1–6,11,19,27,34,37,62,63,72–83. Todos ellos pueden verse relacionados con un poliedro regular o uniforme por giro, disminución o disección. [4]

Ver también

Referencias

olyhedra." J. Math. Sci. 162, 710-729, 2009.

  1. ^ GWH. "Pseudo rombicuboctaedros". www.georgehart.com . Consultado el 17 de abril de 2018 .
  2. ^ Fredriksson, Albin (2024), "Optimización de la propiedad de Rupert", The American Mathematical Monthly , 131 (3): 255–261, arXiv : 2210.00601 , doi : 10.1080/00029890.2023.2285200
  3. ^ George Hart (citando a Johnson) (1996). "Sólidos Johnson". Poliedros virtuales . Consultado el 5 de febrero de 2014 .
  4. ^ Klitzing, Dr. Richard. "Sólidos de Johnson y otros". bendwavy.org . Consultado el 17 de abril de 2018 .

enlaces externos