2 votos

¿Puede existir $3$ , $4$ y $5$ -formas facetadas con lados planos congruentes en $\mathbb{R}^3$ ?

Esta pregunta la planteé en mi clase de matemáticas discretas (la unidad de probabilidad) no hace mucho tiempo. Por ejemplo, una forma de dos caras (como una moneda) puede ser una con cualquier forma geométrica como su "lado", como un círculo (como con una moneda) o un cuadrado, o cualquier otra forma conectada en $\mathbb{R}^2$ y al lanzar esta forma hay un $1/2$ "probabilidad" de que caiga en una cara y no en otra. Un cubo (como un dado) es una forma con $6$ lados, todos congruentes plano cuadrados, y al lanzar este objeto al aire, hay un $1/6$ posibilidad de aterrizar en un lado determinado.

Ahora supongamos que quiero lanzar un $3$ -objeto con lados tales que todas las facetas de esta forma son congruentes, como en el centavo o los dados, lo que resulta en un $1/3$ posibilidad de aterrizar en un lado determinado.

¿Pueden existir sólidos en $\mathbb{R}^3$ (o en otro lugar) con $3,4$ y $5$ plano facetas, de manera que todas las facetas sean congruentes? Naturalmente, estas formas pueden existir con lados curvos, pero me preocupan más los sólidos de facetas planas. Estoy seguro de que uno de $3$ los lados no pueden existir, pero tal vez alguno de ustedes pueda iluminarme sobre cómo podría probar estos casos?

¿Qué tal un sólido con $n$ -¿Caras? ¿Quizás esté relacionado con los problemas de embalaje (y por eso añadiré esa etiqueta)?

3voto

CodeMonkey1313 Puntos 4754

Uno de los troqueles que quieres puedes hacer. Los otros los puedes falsificar.

El tetraedro es el primer sólido platónico. Tiene cuatro caras triangulares.

Los sólidos platónicos te dan falsas probabilidades de 1/3 (etiquetar las caras de un cubo con 1, 2 y 3 cada una dos veces) y 1/5 (etiquetar las caras de un icosaedro con 1 a 5, cada una cuatro veces).

Tienes razón en que un 3 real es imposible. Estoy bastante seguro de que el 5 también lo es. Tal vez vuelva a esto con pruebas, si nadie más las proporciona.

Para algunos valores mayores de n, consulte la página de la wikipedia sobre los deltaedros: http://en.wikipedia.org/wiki/Deltahedron

0voto

Guy Inchbald Puntos 220

En primer lugar, la solución en $R^3$ :

En cualquier número de dimensiones $d$ el politopo más simple que puede existir, o simplex, tiene $d+1$ vértices. Esto es fácil de demostrar; el $0$ -tiene (de hecho es) 1 vértice y el $d+1$ -tiene 1 vértice más que el $(d)$ -simplemente.

Así, el más simple en 3D debe tener cuatro vértices, y la única solución es el tetraedro. Cualquier triángulo isósceles sirve, no tiene por qué ser regular. Cuatro triángulos isósceles forman un tetraedro alargado, o disfenoide.

Por lo tanto, retrocediendo uno, no son posibles tres caras planas.

El cinco es un poco más sutil. Las aristas de los polígonos de las caras se juntan de dos en dos, así que si contamos el total de aristas de todos los polígonos de las caras será el doble del número de aristas del poliedro. Por tanto, debe haber un número par de polígonos con número impar. El 5 es un número impar, por lo que al menos una cara debe ser de lados pares; el 2 es el digón degenerado, el 6 tiene demasiados lados para encontrarse sólo con otros cuatro, por lo que tendría que ser un cuadrilátero. Al levantar más qudriláteros en cada lado no se cierra la figura, se necesita un sexto para rematarla. Así que no, sólo cinco caras congruentes no es posible.

Para números pares de caras $n$ , para $n\ge3$ el $n/2$ Las bipirámides y los trapecios ofrecen soluciones. Nótese que el cubo es el trapezoedro para $n=3$

No estoy seguro de los valores impar de $n$ pero sospecho que no hay ninguno.

También pregunta por "otros lugares" que $R^3$ . El hemicubo tiene sólo tres caras cuadradas y es un mosaico del plano proyectivo, al igual que los poliedros convexos son mosaicos de la esfera. Del mismo modo, podríamos construir mosaicos de caras congruentes a partir de la bipirámide hemipentagonal y el trapezoedro, cada uno con cinco caras. Los poliedros toroidales pueden construirse como tilings o disecciones de un rectángulo, que luego se enrolla y pega para formar un toro. Evidentemente, para $n\ge3$ una pila de $n$ cortes paralelos le dará una $n$ -solución de cara. También se puede divertir en espacios hiperbólicos, pero no los conozco lo suficiente como para dar ejemplos.

-1voto

tomi Puntos 2321

Lo que estás describiendo son los sólidos platónicos (enlace a Wikipedia) .

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X