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立方體
來源:互聯(lián)網

立方體,也稱正方體,是由6個正方形面組成的正多面體,故又稱正六面體。它有12條邊和8個頂點。其中正方體是特殊的長方體。

定義

立方體,是由6個相同大小的正方形圍成的立體圖形,故又稱正六面體,英文拼寫是Cube。

立方體(Cube),是由6個正方形面組成的正多面體,故又稱正六面體(Hexahedron)、正方體或正立方體。它有12條棱(邊)和8個頂(點),是五個柏拉圖立體之一。

立方體是一種特殊的正四棱柱、長方體、三角偏方面體、菱形多面體、平行六面體,就如同正方形是特殊的矩形、菱形、平行四邊形一樣。立方體具有正八面體對稱性,即考克斯特BC3對稱性,施萊夫利符號{4,3},考克斯特-迪肯符號,與正八面體對偶。

立方體特征

面的圖形:正方形

面的數目:6

邊的數目:12

頂點數目:8

表面積:

體積:

二面角角度:

外接球半徑:

內接球半徑:

對偶多面體:正八面體

在所有表面積一定的長方體中,立方體的體積最大,同樣,在所有線性大小(長寬高之和)一定的長方體中,立方體的體積也是最大的。反過來,體積相等的長方體中,立方體擁有最小表面積和線性大小。

幾何性質

立方體有11種不同的展開圖,即是說,我們可以有11種不同的方法切開空心立方體的7條棱而將其展平為平面圖形,見右圖。

立方體的11種不同展開圖。

如果我們要將立方體涂色而使相鄰的面不帶有相同的顏色,則我們至少需要3種顏色(類似于四色問題)。

立方體是唯一能夠獨立密鋪三維歐幾里得空間的柏拉圖正多面體,因此立方體堆砌也是四維唯一的正堆砌(三維空間中的堆砌拓撲上等價于四維多胞體)。它又是柏拉圖立體中唯一一個有偶數邊面——正方形面的,因此,它是柏拉圖立體中獨一無二的環(huán)帶多面體(它所有相對的面關于立方體中心中心對稱)。

將立方體沿對角線切開,能得到6個全等的正4棱柱(但它不是半正的,底面棱長與側棱長之比為2:√3)將其正方形面貼到原來的立方體上,能得到菱形十二面體(Rhombic Dodecahedron)(兩兩共面三角形合成一個菱形)。

聯(lián)系

將立方體的其中四個頂點相連,而這四個頂點任何兩條都沒有落在立方體同一條的邊上,可得到一個正四面體,其邊長為立方體邊長的,其體積為立方體體積的。

立方體的對偶多面體是正八面體。

當正八面體在立方體之內:

星形八面體的對角線可組成一個立方體。

截半立方體:從一條棱斬去另一條棱的中點得出

截角立方體

超正方體:立方體在高維度的推廣。更加一般的,立方體是一個大家族,即立方形家族(又稱超方形、正測形)的3維成員,它們都具有相似的性質(如二面角都是90°、有類似的超體積公式,即等)。

長方體、偏方面體的特例。

應用

日常生活

食鹽和糖的結晶體都是立方狀;

子最常見的形狀就是立方體;

1967年世界博覽會的「立方體房間」。

游戲

索馬立方;

扭計骰;

扭扭骰;

Slotho優(yōu)步Graatsma立方:以6個及3個單位立方組成的立方(僅有一個解法);

康威立方:以3個,13個,及和的長方體各一個,組成一個的立方(572個解)。

視錯覺

奈克方塊;

不可能方塊(上方右圖)。

數學問題

體積與表面積

倍立方體問題

參見尺規(guī)作圖,已經證明此題無法用無刻度的直尺與圓規(guī)去畫出的位置

最大的橫切面

立方體的橫切面只有四種:

其中以正六邊形的面積最大,若立方體的棱長為a,則正六邊形的面積為(圖1)。

參考資料 >

詞語“立方體”的解釋漢典zdic.net.www.zdic.net.2022-05-26

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