ось симметрии — ПриМат

Задача из журнала «Квант» (1980 год, 5 выпуск)

Условие

а) Сколько осей симметрии имеет куб? Правильная треугольная пирамида?

б)* Докажите, что если некоторый многогранник имеет $k$ осей симметрии $(k \geq 1)$, то $k$ нечетно.

Решение

а) Нетрудно указать девять осей симметрии куба. Это — прямые, соединяющие центр куба $O$ с центрами граней (их три: $Ox$, $Oy$, $Oz$ на рисунке $1$) и с серединами ребер (их шесть).

Других осей симметрии у куба нет: это можно доказать, опираясь на такое наблюдение: при любом самосовмещении куба каждая из трех осей $Ox$, $Oy$, $Oz$ должна отображаться на одну из этих же осей, причем если это само совмещение — симметрия (поворот на $180 ^\circ$) $S_l$ относительно некоторой прямой $l$, отличной от $Ox$, $Oy$ и $ Oz$, то одна из этих трех осей должна переходить сама в себя, а две остальные — друг в друга.

У правильного тетраэдра три оси симметрии — прямые, соединяющие середины его ребер. Чтобы убедиться в этом, удобно достроить тетраэдр до куба, проведя через каждое ребро тетраэдра плоскость, параллельную противоположному ребру (рис. $2$). Ясно, что любое самосовмещение тетраэдра будет также самосовмещением этого описанного куба. Из девяти осевых симметрий, отображающих куб на себя, лишь три будут переводить в себя тетраэдр.

б) Пусть дан многогранник $M$, у которого более одной оси симметрии.

Лемма $1$ Если $l$ и $m$ — оси симметрии многогранника $M$, то $S_l (m) = m’$ — также ось симметрии $М$.

В самом деле, если точки $P$ и $P’$ многогранника $M$ симметричны относительно $m$, то $S_l (P)$ и  $S_l (P’)$ будут симметричными относительно $m’$. Короче: $S_{m’}  = S_l O S_m O S_l$.

Лемма $2$ Если $l$ и $m$ — оси симметрии многогранника $M$, пересекающиеся в точке $O$ и перпендикулярные друг к другу, то прямая $n$, перпендикулярная им обоим и проходящая через точку $O$, также служит осью симметрии $M$.

Действительно, $S_n = S_m O S_l$. Это легко проверить, приняв данные прямые за оси координат, или построив прямоугольный параллелепипед с центром в точке $O$ и осями симметрии $l$, $m$, $n$ с произвольной вершиной $P$ (рис. $3$).

Леммы $1$ и $2$ позволяют, фиксировав какую-то одну ось симметрии $l$, разбить все остальные на пары: если $m$ удовлетворяет условия леммы $2$, то пару с ней образует $n$, а если нет, то $m’ = S_l(m) \ne m$. Отсюда сразу следует утверждение задачи б).

Возникает естественный вопрос: какое вообще (конечное) множество прямых может быть множеством всех осей симметрии некоторого многогранника?

Различные примеры даются множеством осей симметрии $n$-угольной правильной призмы (здесь количество осей $p=n$ при $n$ нечетном и $p=n+1$ при $n$ четном), тетраэдра (или прямоугольного параллелепипеда с разными ребрами, $p=3$), куба (или октаэдра $p=9$) и додекаэдра (или икосаэдра, $p=15$). Попробуйте доказать, что других множеств осей симметрии (состоящих более чем из одной прямой) не бывает. Конечно, тут не обойтись без такой очень полезной леммы, которую многие читатели применили и в решении задачи б).

Лемма $3$ Оси симметрии любого многогранника пересекаются в одной точке.

Предположим, что $l$, $m$ — непересекающиеся оси симметрии многогранника $M$. Пусть $n$ — общий перпендикуляр $l$, $m$; рассмотрим прямоугольную систему координат с началом в точке $O = l \cap n$, с осью $Oz$ направленной по лучу $OA$, где $A = n \cap m$; пусть $|OA| = a$. Тогда при симметрии относительно оси $l$ координата $z$ любой точки переходит в $(-z)$, а при симметрии относительно $m$ — в $(2a-z)$. Поэтому при композиции этих двух симметрий $z$ изменяется на $2a$. Повторяя эту композицию достаточное число раз, мы «выгоним» любую точку за пределы многогранника $M$.  Противоречие!

Вот еще более короткое доказательство леммы $3$ (правда, использующее понятие, заимствованное из механики): пусть $O$ — центр масс одинаковых грузиков, помещенных в вершинах многогранника $M$; ясно, что при любом самосовмещении многогранника $M$ грузики лишь меняются местами, поэтому точка $O$ переходит в себя; в частности, все оси симметрии многогранника $M$ проходят через точку $O$.

Н. Васильев, В. Сендеров, А. Сосинский

Поделиться ссылкой:

ib.mazurok.com

Куб

Куб

Куб Самый популярный многогранник из семейства Платоновых тел. Куб или гексаэдр (от греческого hex — шесть и hedra — грань) составлен из 6 квадратов.

Каждая из 8 вершин куба является вершиной

3 квадратов, поэтому сумма плоских углов при каждой вершине равна 270°. У куба 12 ребер, имеющих равную длину. Примем длину ребра куба за а и представим числовые характеристики его элементов.

Сумма длин всех ребер	12а
Площадь поверхности	6а2
Объем	V = а3
Радиус описанной сферы
Радиус вписанной сферы	r = a/2

Кубу свойственны все виды симметрии.

	Центром симметрии является точка пересечения диагоналей куба. Через центр симметрии проходят 9 осей симметрии. Ось симметрии куба может проходить либо через середины параллельных ребер, не принадлежащих одной грани, либо через точку пересечения диагоналей противоположных граней.
	Плоскостей симметрии у куба также 9 и проходят они либо через противоположные ребра ( таковых плоскостей 6), либо через середины противоположных ребер (таких — 3).

В мире нет места для некрасивой математики.
Готфрид Харди

Правильные многогранники — самые выгодные фигуры. И природа этим широко пользуется.

Кристаллы некоторых знакомых нам веществ имеют форму правильных многогранников.

Куб передает форму кристаллов поваренной соли NaCl.

Форму куба имеют кристаллические решётки многих металлов (Li, Na, Cr, Pb, Al, Au, и другие), кристалл алмаза, кристаллическая решётка хлорида цезия CsCl.

В 2009 г. должно исполниться 500 лет со времени выхода в свет книги Луки Пачоли «Божественная пропорция», а следовательно, и изобретения Леонардо да Винчи для ее иллюстрации метода жестких ребер.

Леонардо изображал своим способом не только индивидуальные многогранники, но и, например, плотную упаковку кубов. Этим изображением Леонардо на три века предвосхитил гипотезу о периодическом строении кристаллов, высказанную французскими кристаллографами аббатом Рэнэ-Жюстом Гаюи (1743-1822) и морским офицером Огюстом Бравэ (1811-1863).

Можно сравнить этот рисунок Леонардо с похожей работой Маурица Эшера, относящейся к 1952 г., «Ячейки кубического пространства».

Не менее интересна другая работа Маурица Эшера. В центре гравюры «Водопад» расположен комплекс конструкций, поднимающийся на фоне ландшафта с террасами. Вертикальная ось создается двумя мощными башнями, каждая из которых увенчана острогранными многогранниками слева — три пересекающиеся куба, а справа также три пересекающихся правильных октаэдра. Маленькие домики примыкают к башням слева и справа в едином комплексе. Слева на первом плане картины изображен маленький садик со странными, необычными подводными растениями. Центральным действием картины является ручей, который падает на колесо и крутит его. Он течет слегка полого вниз и извивается, проходя через башни, при этом он трижды протекает через точку, в которой уже проходил. Абсурдность доходит до нас через круг неправильных соединений куба. В результате невольного восприятия зрительная точка оказывается самой ближней, а самая высокая точка становится самой низкой.

Водопад на картине Маурица Эшера осуществляет то,что мы считаем невозможным — вечное движение.

polyhedron2008.narod.ru

Сколько осей симметрии имеет куб – Telegraph

Сколько осей симметрии имеет куб

277. Сколько осей симметрии имеет: а) отрезок; б) правильный треугольник; в) куб?

=== Скачать файл ===

Симметрии куба, как и симметрии тетраэдра делятся на два типа — самосовмещения, при которых точки куба не изменяют своего положения относительно друг друга, и преобразования, оставляющие куб в целом на месте, но передвигающие его точки относительно друг друга. Преобразования первого типа мы, как и в случае тетраэдра, будем называть вращениями. Все вращения, очевидно, образуют группу, которая называется группой вращений куба. Опишем сначала строение этой группы. Имеется ровно 24 вращения куба вокруг различных осей симметрии. В самом деле, при поворотах куба место нижней грани может занять любая из 6 граней куба рис. Для каждой из 6 возможностей — когда указано, какая именно грань расположена внизу, — имеется 4 различных расположения куба, соответствующих его поворотам вокруг оси, проходящей через центры верхней и нижней граней, на углы Таким образом, получаем вращений куба. Укажем их в явном биде. Куб имеет центр симметрии точка пересечения его диагоналей , 3 оси симметрии четвертого порядка, 4 оси симметрии третьего порядка и 6 осей симметрии второго порядка. Достаточно рассмотреть вращения вокруг осей симметрии. Вокруг каждой из этих осей имеется по три нетождественных вращения, а именно вращения на углы. Этим вращениям соответствуют 9 перестановок вершин куба, при которых вершины противоположных граней переставляются циклически и согласовано. Например, перестановки отвечают поворотам вокруг оси. Вокруг каждой из четырех диагоналей \\\\\\\\\\\\[1, 7\\\\\\\\\\\\], \\\\\\\\\\\\[2, 8\\\\\\\\\\\\], \\\\\\\\\\\\[3, 5\\\\\\\\\\\\], \\\\\\\\\\\\[4, 6\\\\\\\\\\\\] имеется по два нетождественных вращения на углы. Например, вращения вокруг диагонали \\\\\\\\\\\\[1, 7\\\\\\\\\\\\] определяют такие перестановки вершин куба: Всего получаем 8 таких вращений. Имеется шесть пар противоположных ребер например, \\\\\\\\\\\\[1, 2\\\\\\\\\\\\], \\\\\\\\\\\\[7, 8\\\\\\\\\\\\] , каждая пара определяет одну ось симметрии, т. Вокруг каждой из этих осей имеется одно нетождественное вращение. Всего — 6 вращений. Итак, все вращения куба указаны. Вращения куба определяют перестановки на множествах его вершин, ребер, граней и диагоналей. Различные вращения куба переставляют диагонали куба по-разному, т. Поэтому группа вращений куба определяет группу перестановок на множестве диагоналей, состоящую из 24 перестановок. Поскольку куб имеет лишь 4 диагонали, группа всех таких перестановок совпадает с симметрической группой на множестве диагоналей. Итак, любая перестановка диагоналей куба соответствует некоторому его вращению, причемразным перестановкам соответствуют разные вращения. Опишем теперь всю группу симметрий куба. Куб имеет три плоскости симметрии, проходящие через его центр. Симметрии относительно этих плоскостей в сочетании со всеми вращениями куба дают нам еще 24 преобразования, являющихся самосовмещениями куба. Поэтому полная группа симметрий куба состоит из 48 преобразований. Отображение на все множество. Взаимно однозначное отображение на все множество. Группа симметрий правильного треугольника. Группа симметрий правильного n-угольника 4. Группа симметрий многоугольника, изображенного на рис. Для каждой из 6 возможностей — когда указано, какая именно грань расположена внизу, — имеется 4 различных расположения куба, соответствующих его поворотам вокруг оси, проходящей через центры верхней и нижней граней, на углы. Таким образом, получаем вращений куба. Рассмотрим, как действует группа вращений куба на множестве его диагоналей.

Карта зеленограда с корпусами и номерами

Тц аврора самара адрес

Смерч 2 скачать торрент

Куб (гексаэдр)

Коммерческий линолеум форбо

Как экстренно остановить месячные

Условия поступления в вузы россии

Рассказ терлись хуями

Видео как делают зонт желудка

Презентация по геометрии по теме: ‘Элементы симметрии правильных многогранников’

Проблема генезиса философии

Кровотечение в животе у женщин причины

Салака рыба полезные свойства

Как выпрямить зубы без брекетов в домашних

Понятие страна и государство в чем разница

Тест по теме мировая экономика

Новости лечения диабета 1 типа 2016

Урок «Многогранники. Симметрия в пространстве»

Расписание автобусов гомель остров

Паспорт с гербом россии

Как правильно сказать взял завоевал победил

Сколько стоит мрт шейного отдела

Вычислить массу газа в объеме

telegra.ph