جونسون سوليد

في الهندسة ، يُعرف مجسم جونسون ، أو مجسم جونسون - زالغالر ، [ 1 ] بأنه متعدد السطوح محدب وجوهه [ 2 ] مضلعات منتظمة ، وهو ليس متعدد السطوح منتظمًا . [ 3 ] [ 4 ] يوجد 92 مجسمًا من هذا النوع .

التعريف والخلفية

المجسم متعدد الأوجه على اليسار، وهو المربع المطول ذو القبة الجيروسكوبية ، هو مجسم جونسون. أما المجسم متعدد الأوجه على اليمين، وهو النجمة الثمانية الأضلاع ، فليس مجسم جونسون: فهو ذو أوجه منتظمة، ولكنه ليس محدبًا ، لأن بعض أقطاره تقع خارج المجسم.

المجسم المحدب هو الغلاف المحدب لمجموعة محدودة من النقاط في الفضاء ثلاثي الأبعاد، وليست جميعها في مستوى واحد. [ 5 ] حدوده عبارة عن اتحاد محدود من المضلعات، لا يوجد اثنان منها في نفس المستوى؛ وتُسمى هذه المضلعات بالأوجه . أما مجسم جونسون فهو مجسم محدب [ 2 ] جميع أوجهه مضلعات منتظمة، [ 6 ] ولكنه ليس مجسمًا منتظمًا ؛ [ 3 ] [ 4 ] يستثني الشرط الأخير المجسمات الأفلاطونية ، والمجسمات الأرخميدية ، والموشورات ، والموشورات المضادة .

سُميت هذه المجسمات نسبةً إلى نورمان جونسون وفيكتور زالغالر . [ 7 ] نشر جونسون (1966) قائمةً تضم 92 مجسمًا من هذا النوع، وخصص لها أسماءً وأرقامًا. أثبت زالغالر (1969) [ 8 ] صحة فرضية جونسون [ 9 ] بأنه لا يوجد أي مجسم آخر غير هذه المجسمات الـ 92.

يُعرف المجسم المحدب الذي تكون جميع وجوهه منتظمة تقريبًا، ولكن بعضها ليس منتظمًا تمامًا، باسم مجسم جونسون شبه المفقود . [ 10 ]

تسمية وبناء المجسمات

الأشكال الصلبة الـ 92 لجونسون وبعض الأشكال ذات الصلة. (شاهد نسخة متحركة هنا ).

 - غير صالح، - أفلاطوني ، - أرخميدس ، - مقاطع دوارة.   

تتبع تسمية المواد الصلبة وفقًا لنموذج جونسون صيغة وصفية مرنة ودقيقة، تسمح بتسمية العديد من المواد الصلبة بطرق مختلفة دون المساس بدقة كل اسم كوصف. ترد أسماء المواد الصلبة وفقًا لنموذج جونسون في الأقسام التالية.

الأهرامات، والقباب، والدوائر

تتكون الأشكال الصلبة الـ 48 الأولى لجونسون من أهرامات أو قباب أو قبة مستديرة ، بالإضافة إلى موشورات أو موشورات مضادة . تُضاف البادئات التالية إلى الكلمة للإشارة إلى تركيبات محددة من الأشكال: [ 11 ]

  • يشير الرمز Bi- إلى أن نسختين من المجسم متصلتان من القاعدة إلى القاعدة.
    • بالنسبة للقباب والدوائر، يشير مصطلح "أورثو" إلى أن الوجوه المتشابهة تلتقي.
    • بالنسبة للقباب والدوائر، يشير مصطلح "gyro-" إلى أن الوجوه المختلفة تلتقي.
  • يشير مصطلح "مطول" إلى أن المنشور متصل بقاعدة الجسم الصلب، أو بين القواعد.
  • يشير مصطلح "مطول بشكل دائري" إلى أن المنشور المضاد متصل بقاعدة الجسم الصلب، أو بين القواعد.

باستخدام هذه التسمية، فإن الهرم الخماسي المزدوج هو مجسم يتكون من ربط قاعدتي هرمين خماسيين. أما القبة المثلثية القائمة على القبة، فتتكون من قبتين مثلثيتين على طول قاعدتيهما.

الأجسام المستبعدة: - المستوية، - الأفلاطونية ، - الأرخميدية .   

الأهراماتالقبابقبة-روتنداالقاعات المستديرة
الهرم الثلاثي "رباعي الأوجه"1 هرم مربع2- الهرم الخماسي3 قبة مثلثةقبة مربعة الشكل 45 قبة خماسية6 قبة خماسية
ممدود7- هرم مثلثي ممدود8 هرم مربع ممدود9- هرم خماسي ممدود18 قبة مثلثة الشكل مستطيلة19 قبة مربعة مستطيلة20 قبة خماسية مستطيلة21 قبة خماسية مستطيلة
ممتدة بشكل دائريثماني السطوح المعزز "هرم مثلثي مستطيل الشكل"10 هرم مربع مستطيل الشكل11 هرم خماسي مستطيل الشكل22 قبة مثلثة الشكل ذات شكل دائري23 قبة مربعة مستطيلة الشكل24 قبة خماسية مستطيلة الشكل25 قبة خماسية مستطيلة الشكل
تقويم العظام-12 هرم ثنائي مثلثيثماني السطوح "هرم ثنائي مربع"13- الهرم الخماسي المزدوج27 قبة مثلثة الشكل28 مربع أورثوبيكوبولا30 قبة خماسية الأضلاع32 خماسي الأضلاع أورثوكوبولاروتوندا34 أورثوبيروتندا خماسية الأضلاع
جيروبي-مكعب ثماني الأوجه "قبة مثلثة دوارة"قبة دوارة مربعة 2931 قبة خماسية الشكل33 قبة دائرية خماسية الأضلاعIcosidodecahedron "pentagonal gyrobirotunda"
تقويم العظام المطول-14- هرم ثنائي مثلث الشكل ممدود15 هرم ثنائي مربع ممدود16- هرم ثنائي خماسي ممدود35 قبة مثلثة مستطيلة الشكلRhombicuboctahedron "orthobicupola مربع مستطيل"38 قبة خماسية مستطيلة الشكل40 أورثوكوبولاروتوندا خماسية الشكل مستطيلة42 أورثوبيروتوندا خماسية مستطيلة
جيروبي ممدود-36 قبة دوارة مثلثة مستطيلة37 قبة دوارة مربعة مستطيلة39- جيروبيكوبولا خماسية الشكل مستطيلة41 جيروكوبولاروتوندا خماسية الشكل ممدودة43 جيروبيروتوندا خماسية الأضلاع ممدودة
ثنائي مطول دورانيًاشبه منحرف ثلاثي "هرم ثنائي مثلثي مستطيل الشكل"17 هرم ثنائي مربع مستطيل الشكلمجسم ذو عشرين وجهاً "هرم ثنائي خماسي مستطيل الشكل"44 قبة ثنائية مثلثة الشكل مستطيلة الشكل45 قبة مربعة مستطيلة الشكل46 قبة خماسية مستطيلة الشكل47 قبة خماسية مستطيلة الشكل48- دوار خماسي مستطيل الشكل
فاستيجيوم
جيروبي-26 جيروبيفاستيجيوم

متعددات السطوح المنتظمة المعدلة

يتم إضافة ثلاثة أهرامات مربعة إلى منشور ثلاثي، ليصبح منشورًا ثلاثيًا معززًا .
هيدرون معيني الشكل ذو اثني عشر وجهًا يدور

تُبنى المجسمات الـ 35 التالية لجونسون عن طريق تعديل المجسمات المنتظمة مثل الموشورات ، والمجسمات الأفلاطونية ، والمجسمات الأرخميدية ، وذلك بإضافة أو طرح أو تدوير الأهرامات أو القباب . تُضاف البادئات التالية إلى الكلمة للدلالة على الإضافات أو الطرح أو التدوير: [ 11 ]

  • يشير مصطلح "معزز" إلى إضافة هرم أو قبة إلى وجه واحد أو أكثر من أوجه الجسم الصلب المعني.
  • يشير مصطلح "متناقص" إلى إزالة هرم أو قبة من وجه واحد أو أكثر من أوجه الجسم الصلب المعني.
  • يشير مصطلح "Gyrate" إلى أن القبة المثبتة على الجسم الصلب المعني أو الموجودة فيه تدور بحيث تتطابق الحواف المختلفة.

يمكن إجراء العمليات الثلاث - التكبير والتصغير والدوران - عدة مرات على بعض الأجسام الصلبة الكبيرة. يشير الرمز "ثنائي " إلى عملية مزدوجة، بينما يشير الرمز "ثلاثي" إلى عملية ثلاثية. على سبيل المثال، يحتوي الجسم الصلب ثنائي الدوران على قبتين مُدارتين، بينما يحتوي الجسم الصلب ثلاثي التصغير على ثلاث أهرامات أو قباب مُزالة. في بعض الأجسام الصلبة الكبيرة، يُفرّق بين الأجسام الصلبة ذات الأوجه المُعدّلة المتوازية والأجسام الصلبة ذات الأوجه المُعدّلة المائلة. يشير الرمز "متوازي " إلى النوع الأول، أي أن الجسم الصلب المعني يحتوي على أوجه متوازية مُعدّلة، بينما يشير الرمز "ميتا" إلى النوع الثاني، أي أن الأوجه مائلة مُعدّلة. على سبيل المثال، يحتوي الجسم الصلب ثنائي التكبير المتوازي على وجهين متوازيين مُكبّرين، بينما يحتوي الجسم الصلب ثنائي الدوران الميتا على قبتين مائلتين خضعتا للدوران. [ 11 ]

الموشورات المعززة
49- منشور مثلثي مُعزز50 منشور مثلثي معزز51 منشور مثلثي ثلاثي الأضلاع
52 منشور خماسي معزز53 منشور خماسي معزز
54 منشور سداسي مُعزز55 موشور سداسي معزز56 موشور سداسي معزز ميتابي57 منشور سداسي ثلاثي الأضلاع
أفلاطونية معدلة
58 مجسم ذو اثني عشر وجهًا مُعززًا59 مجسم ذو اثني عشر وجهًا معززًا60 مجسمًا اثني عشري الأوجه مُعززًا بالميتا61 مجسم ذو اثني عشر وجهًا ثلاثي الأبعاد
62 مجسم عشريني الوجوه منزوع التناظر63 مجسم عشريني الوجوه ثلاثي التناقص64- مجسم عشريني الوجوه ثلاثي الأبعاد معزز
أرخميدس المعدل
65 رباعي الأوجه المقطوع المعزز66 مكعب مقطوع مُعزز67 مكعب مقطوع مُعزز
68 مجسم ذو اثني عشر وجهًا مبتورًا معززًا69 مجسم اثني عشري مقطوع معزز بشكل متوازي70 مجسم اثني عشري مقطوع معزز ميتابي71 مجسم اثني عشري مقطوع ثلاثي الأبعاد
72 دوارة معينية اثني عشرية73 شبه متناظر مع 12 وجهًا معينيًا74 ميتابيغيرات رومبيكوسيدوديكاهيدرون75 ثلاثي الدوران المعيني ذو الاثني عشر وجهًا
76- مجسم معيني ذو اثني عشر وجهًا منقوصًا77- مجسم ذو اثني عشر وجهًا معينيًا متناقصًا متناظرًا78 ميتاجيرايت مينيزد هومبريكوسيدودياهيدرون79 ثنائي الجيرات مُصغّر مُعيّن ذو اثني عشر وجهًا
80 مجسم شبه منقوص من المعين ذي الاثني عشر وجهًا81 ميتابيديمينشد رومبيكوسيدوديكاهيدرون82 مجسم دوار ثنائي التناقص من المعين ذي الاثني عشر وجهًا83 مجسم ذو اثني عشر وجهًا معينيًا ثلاثي التناقص

غير قابل للنسخ واللصق

شبكات هلالية (يسار) وقبة جزئية (يمين)

تُسمى المجسمات التسعة الأخيرة لجونسون بأسماء تستند إلى مجمعات مضلعية معينة تُشكل منها. وقد حدد جونسون هذه الأسماء وفقًا للتسمية التالية: [ 11 ]

  • الهلال هو شكل يتكون من مثلثين متصلين بضلعين متقابلين لمربع. البادئات التي تشير إلى مجموعة من الأهلة هي:
    • Spheno- عبارة عن مركب على شكل إسفين يتكون من هلالين متجاورين. Dispheno- يشير إلى مركبين من هذا النوع.
    • هيبسفينو - عبارة عن مجموعة غير حادة من ثلاثة أهلة متجاورة.
  • اللواحق التي تشير إلى مجموعة من المثلثات هي:
    • - كورونا عبارة عن مجمع يشبه التاج مكون من ثمانية مثلثات.
    • - ميجاكورونا عبارة عن مجمع أكبر يشبه التاج ويتكون من اثني عشر مثلثًا.
    • - الحزام هو حزام مكون من اثني عشر مثلثًا.
  • اللاحقة - rotunda تشير إلى مجموعة من اثنين أو ثلاثة أشكال خماسية مع مثلثات بينها، تحمل تشابهاً هيكلياً مع الروتوندا الخماسية .
متعددات السطوح القصيرة
84 عظم الوتد القصير85 منشور مربع مضاد قصير
تتكون من أهلة ومثلثات
86 سفينوكورونا87 تاج إسفيني معزز
88 Sphenomegacorona89 هيبسفينوميغاكورونا
90 ديسفينوسينجولوم
المستديرون
91 بيلونابيروتوندا92 هيبسفينوروتوندا مثلثة الشكل

مجموعات فرعية بارزة

دلتا هيدرا

5. مجسمات جونسون هي دلتاهيدرا، ذات أوجه مثلثية فقط.

J12 هرم ثنائي مثلثي
J13 هرم ثنائي خماسي
J17 هرم ثنائي مربع مستطيل الشكل
J51 منشور مثلثي ثلاثي الأبعاد
J84 Snub disphenoid

المواد الصلبة الكيرالية

إن القبة المزدوجة أو القبة المزدوجة ذات الشكل الدائري المستطيل هي حلزونية ولها أشكال مميزة يسارية ويمينية.

J44 قبة ثنائية مثلثة الشكل مستطيلة الشكل
J45 قبة مربعة مستطيلة الشكل
J46 قبة خماسية مستطيلة الشكل
J47 قبة خماسية مستطيلة الشكل
J48 جيرويلوند خماسي الشكل

المواد الصلبة القابلة للتحديد

25 من مجسمات جونسون لها رؤوس تقع على سطح كرة . ويمكن ملاحظة أن جميعها مرتبطة بمجسم أفلاطوني أو أرخميدسي عن طريق الدوران أو التصغير أو التقطيع. [ 12 ]

المجسم الثمانيالمجسم العشري الوجوه
J1J2J11J62J63
مكعب ثماني الأوجهمُكعب ثماني الأوجه مُعيني الأوجهعشروني الوجوه
J3J27J4J19J37J6J34
المعين ذو الاثني عشر وجهًا
J5J72J73J74J75J76J77
J78J79J80J81J82J83

انظر أيضاً

مراجع

  1. أراكي، يوشياكي؛ هورياما، تاكاشي؛ أوهارا، ريوهي (2015). "الفتح المشترك للهرم الرباعي المنتظم ومجسم جونسون-زالغالر" . في: رحمن، م. سهيل؛ توميتا، إتسوجي (محرران). والكوم: الخوارزميات والحساب . سلسلة محاضرات في علوم الحاسوب. المجلد  8973. تشام: دار نشر سبرينغر الدولية. الصفحات 294-305 . doi : 10.1007/978-3-319-15612-5_26 . ISBN  978-3-319-15612-5.
  2. بحسب التعريف ، كل وجه هو تقاطع متعدد السطوح المحدب مع مستوى محيط مختلف، لذا لا يوجد وجهان متجاوران في مستوى واحد - أي وجهين متجاورين يشكلان زاوية أقل من 180 درجة. إذا عُرض متعدد السطوح المحدب بدلاً من ذلك من خلال مجموعة من المضلعات التي قد تكون متحدة المستوى مسبقًا (على سبيل المثال، بتقسيم وجه)، فيمكن كتابة " متعدد سطوح محدب تمامًا " هنا للإشارة إلى الشرط الذي ينص على عدم وجود مضلعين متجاورين في مستوى واحد، أي عدم تقاطع أي مضلعين بزاوية 180 درجة. يختلف مفهوم "التحدب التام" لمتعددات السطوح عن المفهوم القياسي المستخدم للمجموعات المحدبة العامة : لا يوجد متعدد سطوح محدب تمامًا بالمعنى الأخير؛ انظر الصفحة 263 من كتاب AG Khovanskii ، هندسة متعددات السطوح الافتراضية المعممة، مجلة العلوم الرياضية 269 (2023)، 256-269.
  3. 1 2 توديسكو، جيان ماركو (2020). "خلية النحل الزائدية". في إيمر، ميشيل؛ أباتي، ماركو (محرران). تخيل الرياضيات 7: بين الثقافة والرياضيات . سبرينغر. ص 282. doi : 10.1007/978-3-030-42653-8 . ISBN  978-3-030-42653-8.
  4. 1 2 ويليامز، كيم؛ مونتيليوني، كوزينو (2021). منظور دانييلي باربارو لعام 1568 . سبرينغر. ص. 23. دوى : 10.1007/978-3-030-76687-0 . رقم ISBN  978-3-030-76687-0.
  5. بولديجين، ف. ف.؛ خارازيشفيلي، أ. ب. (2000). الجوانب الهندسية لنظرية الاحتمالات والإحصاء الرياضي . سبرينغر. ص 2. doi : 10.1007/978-94-017-1687-1 . ISBN  978-94-017-1687-1.
  6. ديوديا، إم في (2018). التجمعات متعددة الأوجه متعددة الطبقات . مواد الكربون: الكيمياء والفيزياء. المجلد 10. سبرينغر. ص 39. doi : 10.1007/978-3-319-64123-2 . ISBN   978-3-319-64123-2.
  7. أوهارا، ريوهي (2020). مقدمة في فن طي الورق الحاسوبي: عالم الهندسة الحاسوبية الجديدة . سبرينغر. ص 62. doi : 10.1007/978-981-15-4470-5 . ISBN  978-981-15-4470-5.
  8. زالغالر، فيكتور أ. (1969). متعددات السطوح المحدبة ذات الوجوه المنتظمة . مكتب الاستشارات.
  9. جونسون، نورمان (1966). "الأجسام المحدبة ذات الأوجه المنتظمة". المجلة الكندية للرياضيات . 18 : 169-200 . doi : 10.4153/CJM-1966-021-8 .
  10. كابلان، كريج س.؛ هارت، جورج و. (2001). "المجسمات المتناظرة: متعددات السطوح من الوضع المتناظر للمضلعات المنتظمة" (ملف PDF) . جسور: روابط رياضية في الفن والموسيقى والعلوم : 21-28 .
  11. 1 2 3 4 بيرمان، مارتن (1971). "مجسمات محدبة منتظمة الأوجه". مجلة معهد فرانكلين . 291 (5): 329-352 . doi : 10.1016/0016-0032(71)90071-8 . MR 0290245 . 
  12. كليتزينغ، د. ريتشارد. "جونسون سوليدز وآخرون" . bendwavy.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أبريل 2018 .