쌍각뿔
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1. 개요
쌍각뿔은 동일한 다각형 밑면을 공유하는 두 개의 각뿔을 융합하여 만들어진 다면체이다. n-각 쌍뿔은 2n개의 면, 3n개의 모서리, n+2개의 꼭짓점을 가지며, 밑면이 정다각형이고 정점이 중심을 통과하는 수직선 상에 있을 때 모든 면은 이등변삼각형이다. 쌍각뿔은 직쌍뿔, 사쌍뿔, 정-, 불규칙- 그리고 오목 쌍각뿔로 분류될 수 있으며, 정삼각뿔, 정사각뿔(정팔면체), 정오각뿔이 있다. 대칭적인 정직쌍뿔은 각기둥의 쌍대 다면체이며, 부피는 밑면의 면적과 높이에 따라 계산된다. 별 다각형을 밑면으로 하는 별 쌍각뿔도 존재하며, 고차원에서는 초평면을 밑면으로 하는 다포체로 확장된다.
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마름모구십면체는 깎은 정이십면체에 각뿔을 붙여 만든 다면체이며, 넓은 마름모 60개와 좁은 마름모 30개로 구성되고 좁은 마름모는 황금비의 제곱과 관련된 대각선 비율을 가지며 최적 충전율은 약 0.7947이다. - 다면체 - 삼각쌍뿔
삼각쌍뿔은 6개의 정삼각형 면, 5개의 꼭짓점, 9개의 모서리를 가진 존슨 다면체이자 델타다면체로, 두 정사면체를 밑면끼리 결합한 형태이며, 분자 기하학, 색채 이론 등 다양한 분야에 응용된다.
쌍각뿔 |
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2. 정의 및 성질
쌍뿔은 동일한 다각형 밑면을 공유하는 두 개의 각뿔을 융합하여 구성된 다면체이다. 각뿔은 밑면의 각 꼭짓점을 밑면 평면에 있지 않은 단일 새로운 꼭짓점 (정점)에 연결하여 구성되며, ''n''-각형 밑면은 밑면 면 외에 ''n''개의 삼각형 면을 형성한다. 따라서 ''n''-각 쌍각뿔은 2''n''개의 면, 3''n''개의 모서리, ''n'' + 2개의 꼭짓점을 갖는다.
면추이 정 쌍각뿔은 고른 각기둥의 쌍대다면체이고, 일반적으로 이등변삼각형 면을 가진다.
구나 지구의에 쌍각뿔은 극에서 극으로 가는 ''n''개의 등간격의 경도와 적도를 따라 이등분 하는 선으로 투영될 수 있다.
구면 삼각형으로 투영된 쌍각뿔 면들은 이면체 대칭 D''n''h의 기본 영역을 나타낸다.
다면체 | -- | -- | -- | -- | ![]() | -- | -- | -- | |
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타일링 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
배치 | V2.4.4 | V3.4.4 | V4.4.4 | V5.4.4 | V6.4.4 | V7.4.4 | V8.4.4 | V9.4.4 | V10.4.4 |
삼각 쌍뿔, 정사각 쌍뿔, 오각 쌍뿔
대칭적인 정직쌍각뿔은 각기둥 대칭을 가지며, 이면체군의 차수는 4''n''이다. 즉, 대칭축을 중심으로 회전하거나, 두 정점과 밑면 꼭짓점 또는 두 정점과 밑면 모서리의 중심을 통과하는 평면을 반사하거나, 거울 평면을 반사할 때 변경되지 않는다. 면이 이러한 대칭 변환에 따라 추이적이므로 등면체이다. 이는 각기둥의 쌍대 다면체이며 각기둥도 쌍뿔의 쌍대 다면체이다. 쌍뿔의 꼭짓점은 각기둥의 면에 해당하고, 하나의 꼭짓점 쌍 사이의 모서리는 다른 쪽 면 쌍 사이의 모서리에 해당하며 그 반대도 마찬가지이다. 각기둥은 쌍뿔과 동일한 대칭성을 공유한다. 정팔면체는 더욱 대칭적이어서 밑면 꼭짓점과 정점이 구별되지 않고 반사 또는 회전으로 교환할 수 있다. 정팔면체와 그 쌍대 다면체인 정육면체는 팔면체 대칭을 갖는다.
대칭 쌍뿔의 부피는 다음과 같다.
:
여기서 ''B''는 밑면의 면적이고 ''h''는 밑면 평면에서 임의의 정점까지의 수직 거리이다. 변의 길이가 ''s''이고 높이가 ''h''인 정 ''n''-각형의 경우, 이러한 쌍뿔의 부피는 다음과 같다.
:
2. 1. 직 쌍각뿔과 사 쌍각뿔
직 쌍각뿔은 두 꼭짓점이 밑면의 중심을 통과하는 수직선 상에 있는 쌍각뿔이다. 사 쌍각뿔은 두 꼭짓점이 이 선상에 있지 않은 쌍각뿔이다.2. 2. 정-, 불규칙- 그리고 오목 쌍각뿔
'''정 쌍각뿔'''은 밑면이 정다각형인 쌍각뿔이다. 정 쌍각뿔이 아닌 쌍각뿔은 '''불규칙 쌍각뿔'''이라고 부른다.'''오목 쌍각뿔'''은 오목한 다각형을 밑면으로 하는 쌍각뿔이다.

3. 정삼각형 쌍각뿔
모든 모서리의 길이가 같은 쌍각뿔은 세 종류뿐이다. 이들은 모두 정삼각형을 면으로 가지는 삼각형다면체이다.
4. 대칭성
밑면이 정다각형이고 꼭대기(정점)를 지나는 선이 밑면의 중심을 통과하는 *n*각쌍뿔은 4*n*차의 이면체 대칭 D*n*h을 갖는다. 예외적으로 정팔면체는 더 큰 48차의 정팔면체 대칭군 Oh를 가지며, 세 종류의 D4h를 부분군으로 갖는다. 회전군은 2*n*차의 D*n*이며, 정팔면체는 더 큰 24차의 대칭군 O를 가지며 세 종류의 D4를 부분군으로 갖는다.
구면 2*n*각쌍뿔의 이각형 면은 삼차원의 이면체 대칭의 기본 영역을 나타낸다. (D*n*h, [*n*,2], (*n*22), 4*n*차) 반사 영역은 교대로 색칠된 삼각형을 거울상으로 볼 수 있다.
등축 직(대칭) 이-*n*-각뿔은 *등축* 평면 다각형 밑면을 가진 직(대칭) -각뿔이다. 개의 밑면 꼭짓점은 동일 평면상에 있지만, 두 개의 반지름으로 교차한다.
이 도형의 모든 면은 합동 부등변삼각형이며, 등면체이다. 이것은 등축 평면 다각형 밑면을 가진 직 대칭 이--각형 사면체의 또 다른 유형으로 볼 수 있다.
등축 직(대칭) 이-*n*-각뿔은 반대쪽 밑면 꼭짓점을 통과하는 *n*개의 2중 회전축, 반대쪽 꼭짓점 모서리를 통과하는 *n*개의 반사면, 꼭짓점을 통과하는 *n*-중 회전축, 밑면을 통과하는 반사면, 그리고 꼭짓점을 통과하는 *n*-중 회전 반사 축을 가지며, 차수 의 대칭군 을 나타낸다.
인 예시:
: 등축 직(대칭) 삼각뿔은 3개의 유사한 수직 대칭면을 가지며, (수직) -중 회전축에서 교차한다. 이 축에 수직인 것은 네 번째 대칭면(수평)이다. 세 개의 수직면과 수평면의 교차점에는 세 개의 유사한 (수평) -중 회전축이 있다. 대칭 중심은 네 개의 축의 교차점이다.
인 예시:
: 등축 직(대칭) 사각뿔은 두 종류의 4개의 수직 대칭면을 가지며, (수직) -중 회전축에서 교차한다. 이 축에 수직인 것은 다섯 번째 대칭면(수평)이다. 네 개의 수직면과 수평면의 교차점에는 두 종류의 네 개의 (수평) -중 회전축이 있으며, 각 축은 대칭면에 수직이다. 두 개의 수직면은 두 수평축 사이의 각도를 이등분하고, 반전 대칭 중심이 있다.
결정학에서, 등축 직(대칭) 이이각 (8면체), 삼각뿔 (12면체), 사각뿔 (16면체), 육각뿔 (24면체)이 존재한다.
4. 1. Kalidescopic 대칭
밑면이 정다각형이고 꼭대기들을 통과하는 선이 밑면의 중심을 통과할 때, ''n''각쌍뿔의 대칭군은 4''n''차의 이면체 대칭 D''n''h를 가진다. 예외적으로 정팔면체의 경우는 더 큰 48차의 정팔면체 대칭군 Oh을 가지고 세 종류의 D4h을 부분군으로 가진다. 회전군은 2''n''차의 D''n''를 가지고, 정팔면체는 더 큰 24차의 대칭군 O를 가지며 세 종류의 D4를 부분군으로 가진다.구면 2''n''각쌍뿔의 이각형 면은 삼차원의 이면체 대칭의 기본 영역을 나타낸다: D''n''h, [''n'',2], (*''n''22), 4''n''차. 반사 영역은 교대로 색칠된 삼각형을 거울상으로 볼 수 있다.
D1h | D2h | D3h | D4h | D5h | D6h | ... |
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4. 2. 부등변 다면체
'''부등변 다면체'''는 위상적으로 2''n''각쌍뿔과 같으나 동일한 부등변삼각형들로 이루어져있다.[17]두 종류가 존재하는데, 한 종류는 중심 주변의 2''n''개의 꼭짓점이 위아래로 교대된 고리를 이루고, 다른 종류는 꼭짓점 2''n''개는 같은 평면에 있지만 두 반지름이 교대되어있다.
첫 번째는 둘레에 있는 모서리의 중점의 2-fold 회전축과, 꼭짓점을 통한 대칭면, 그리고 그 축의 n-fold 회전대칭을 가지며, 대칭 D''n''d, [2+,2''n''], (2*''n''), 2''n''차를 나타낸다. 결정학에서, 변이 8개와 12개가 있는 부등변다면체가 존재한다.[17] 이 모든 형태는 점추이이다.
두 번째는 대칭 D''n'', [2,''n''], (*''nn''2), 2''n''차를 가진다.
가장 작은 부등변다면체는 면이 8개이고 위상적으로 정팔면체와 동일하다. 두번째 종류는 ''마름모 쌍각뿔''이다. 첫번째 종류는 (0,0,±1), (±1,0,''z''), (0,±1,−''z'')으로 나타나는 꼭짓점 6개를 가진다. 여기서 ''z''는 0과 1사이의 변수이며, ''z'' = 0 일 때 정팔면체를 만들고, ''z'' = 1일 때는 동일한 면에 있는 면을 병합하면 맞붙인 쐐기꼴이 된다. ''z'' > 1일 때, 이것은 오목해진다.
z = 0.1 | z = 0.25 | z = 0.5 | z = 0.95 | z = 1.5 |
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5. 부피
쌍각뿔의 부피(''V'')는 (2/3)''Bh''이며, 여기서 ''B''는 밑면의 넓이이고 ''h''는 밑면에서 꼭대기까지의 높이이다. 이 공식은 꼭대기의 위치에 관계없이, ''h''가 밑면을 포함하는 평면에 수직한 거리로 측정되었으면 성립한다.
따라서 밑면이 변의 길이가 ''s''인 정''n''각형으로 이루어졌고 높이가 ''h''인 쌍각뿔의 부피는 다음과 같다:
:
6. 별 쌍각뿔
별 쌍각뿔은 별 다각형을 밑면으로 하는 자기 교차하는 쌍각뿔이다. {p/q} 쌍각뿔은 콕서터 다이어그램을 가진다.
5/2 | 7/2 | 7/3 | 8/3 | 9/2 | 9/4 | 10/3 | 11/2 | 11/3 | 11/4 | 11/5 | 12/5 |
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면추이 짝수 변의 별은 다음 {8/3} 형태와 같이 비평면 지그재그형 꼭짓점, 안팎 변추이 형태, 또는 둘 다로 만들어질 수 있다.[3]
정다각형 | 지그재그 정다각형 | 변추이 | 지그재그 변추이 |
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7. 다른 차원
일반화된 n차원 "쌍각뿔"은 초평면에 놓인 (n-1)-다포체 '밑면'에서 구성되며, 밑면의 모든 꼭짓점이 두 개의 '꼭짓점'에 모서리로 연결된 모든 n-다포체이다. 만약 (n-1)-다포체가 정다포체이고 꼭짓점들이 밑면 초평면에 수직인 선을 따라 중심에서 같은 거리에 있다면, 동일한 뿔 면을 가지게 된다.
직각 대칭 쌍각뿔의 2차원 아날로그는 두 개의 합동 이등변삼각형을 밑변으로 연결하여 마름모를 형성하여 만들어진다. 더 일반적으로, 연은 (어쩌면 비대칭적인) 직각 쌍각뿔의 2차원 아날로그이며, 모든 사각형은 일반 쌍각뿔의 2차원 아날로그이다.
참조
[1]
웹사이트
Crystal Form, Zones, Crystal Habit
http://www.tulane.ed[...]
2017-09-16
[2]
웹사이트
The 48 Special Crystal Forms
https://www.uwgb.edu[...]
2013-09-18
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논문
Classes of polyhedra defined by jet graphics
[4]
서적
Plane and Solid Geometry
https://books.google[...]
Springer
[5]
서적
Group and Symmetry
https://books.google[...]
Springer
[6]
서적
21st Century Nanoscience: A Handbook
Taylor & Francis
[7]
서적
Polyhedra
https://archive.org/[...]
Cambridge University Press
[8]
서적
2D and 3D Image Analysis by Moments
https://books.google[...]
John & Sons Wiley
[9]
서적
Graph Theoretical Approaches to Chemical Reactivity
Springer
[10]
서적
Earth Materials: Introduction to Mineralogy and Petrology
https://books.google[...]
Cambridge University Press
[11]
논문
Dungeons, dragons, and dice
[12]
서적
Origami Polyhedra Design
A K Peters
[13]
서적
Mathematics and Plausible Reasoning: Induction and analogy in mathematics
https://books.google[...]
Princeton University Press
[14]
서적
Thinking Geometrically: A Survey of Geometries
https://books.google[...]
Mathematical Association of American
[15]
논문
An infinite class of deltahedra
[16]
서적
Introduction to Computational Origami: The World of New Computational Geometry
https://books.google[...]
Springer
[17]
웹인용
Crystal Form, Zones, Crystal Habit
http://www.tulane.ed[...]
2017-09-16
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