В геометрии тело Джонсона представляет собой строго выпуклый многогранник, каждая грань которого представляет собой правильный многоугольник. Не требуется, чтобы каждая грань была одним и тем же многоугольником или чтобы одни и те же многоугольники соединялись вокруг каждой вершины. Примером твердого тела Джонсона является квадратная пирамида с равносторонними сторонами (J1 ); у него 1 квадратная грань и 4 треугольных грани. Некоторые авторы требуют, чтобы твердое тело не было однородным (т. е. не Платоновым телом, твердое тело Архимеда, однородная призма, o r uniform antiprism ), прежде чем они назовут его «твердым телом Джонсона».
Как и в любом строго выпуклом твердом теле, по крайней мере, три грани пересекаются в каждой вершине, а сумма их углов меньше 360 градусов. Поскольку правильный многоугольник имеет углы не менее 60 градусов, отсюда следует, что не более пяти граней пересекаются в любой вершине. Пятиугольная пирамида (J2) является примером, имеющим вершину степени 5.
Хотя нет очевидного ограничения на то, что любой заданный правильный многоугольник не может быть гранью тела Джонсона, оказывается, что грани тел Джонсона не однородны (т. Е. Платоновое твердое тело, Архимедово твердое тело, однородная призма или однородная антипризма ) всегда имеют 3, 4, 5, 6, 8 или 10 сторон.
В 1966 году Норман Джонсон опубликовал список, в который вошли все 92 тела Джонсона (за исключением 5 Платоновых тел, 13 Архимедовых тел, бесконечного множества однородных призм и бесконечного множества однородных антипризм.) и дал им их имена и номера. Он не доказал, что их было всего 92, но предположил, что других не было. Виктор Залгаллер в 1969 году доказал, что список Джонсона был полным.
Среди тел Джонсона удлиненная квадратная гиробикупола (J37), также называемая псевдоромбокубооктаэдром, уникальна тем, что является локально однородной по вершинам: в каждой вершине есть 4 грани, и их расположение всегда одинаково. то же: 3 квадрата и 1 треугольник. Однако он не является вершинно-транзитивным, так как имеет разную изометрию в разных вершинах, что делает его твердым телом Джонсона, а не твердым телом Архимеда.
Названия твердых тел Джонсона основаны на гибкой и точной описательной формуле, так что многие твердые тела могут быть названы по-разному без ущерба для их точности описания. Большинство тел Джонсона можно построить из нескольких первых (пирамид, куполов и ротонды ) вместе с платоническими и Архимедовы твердые тела, призмы и антипризмы ; центр названия конкретного твердого вещества будет отражать эти ингредиенты. Оттуда к слову добавляется серия префиксов, указывающих на добавления, вращения и преобразования:
Последние три операции - увеличение, уменьшение и вращение - могут выполняться несколько раз для определенных крупных твердых тел. Bi- и Tri- указывают на двойную и тройную операцию соответственно. Например, твердое тело бигирата имеет два повернутых купола, а твердое тело, уменьшенное в три раза, имеет три удаленных пирамиды или купола.
В некоторых крупных твердых телах различают твердые тела, у которых измененные грани параллельны, и твердые тела, у которых измененные грани являются наклонными. Para- указывает на первое, что рассматриваемое твердое тело изменило параллельные грани, а Meta второе - на косые грани. Например, у парабиаугментированного твердого тела были увеличены две параллельные грани, а у метабигиратного твердого тела - две наклонные поверхности, повернутые по спирали.
Последние несколько тел Джонсона имеют имена, основанные на определенных комплексах полигонов, из которых они собраны. Эти имена определены Джонсоном с помощью следующей номенклатуры:
Первые 6 Твердые тела Джонсона представляют собой пирамиды, купола или ротонды с не более чем 5 боковыми гранями. Пирамиды и купола с 6 или более боковыми гранями компланарны и, следовательно, не являются телами Джонсона.
Первые два тела Джонсона, J1 и J2, являются пирамидами. Треугольная пирамида - это правильный тетраэдр, поэтому это не твердое тело Джонсона. Они представляют собой сечения правильных многогранников.
Правильная | J1 | J2 |
---|---|---|
Треугольная пирамида. (Тетраэдр ) | Квадратная пирамида | Пятиугольная пирамида |
Связанные правильные многогранники | ||
Тетраэдр | Октаэдр | Икосаэдр |
Следующие четыре тела Джонсона - это три купола и одна ротонда. Они представляют собой участки униформы. многогранники.
Купол | Ротонда | |||
---|---|---|---|---|
Однородный | J3 | J4 | J5 | J6 |
Фастигиум. ( Двухугольный купол). (Треугольная призма ) | Треугольный купол | Квадратный купол | Пятиугольный купол | Пятиугольная ротонда |
Связанные однородные многогранники | ||||
Кубооктаэдр | Ромбокубооктаэдр <1476ca Rhhedronicosidodeode | Икосидодекаэдр | ||
Твердые тела Джонсона с 7 по 17 являются производными пирамид.
В гиро-удлиненной треугольной пирамиде три пары соседние треугольники компланарны и образуют не квадратные ромбовидные, так что это не твердое тело Джонсона.
Удлиненные пирамиды | Гироудлиненные пирамиды | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
J7 | J8 | J9 | Копланарная | J10 | J11 | |
Удлиненная треугольная пирамида | Удлиненная квадратная пирамида | Удлиненная пятиугольная пирамида | Гиро-удлиненная треугольная пирамида. (уменьшенный треугольный трапецоэдр ) | Гиро-продолговатая квадратная пирамида | Гиро-удлиненная пятиугольная пирамида |
|
тетраэдр. треугольная призма | квадратная пирамида. куб | пятиугольная пирамида. пятиугольная призма | тетраэдр. октаэдр | квадратная пирамида. квадратная антипризма | пятиугольная пирамида. пятиугольная антипризма | |
Квадратная бипирамида - это правильный октаэдр, а гиродлинная пятиугольная бипирамида - это правильный икосаэдр, поэтому они не тела Джонсона. В гиродлинной треугольной бипирамиде шесть пар смежных треугольников компланарны и образуют неквадратные ромбы, так что это также не J хонсон солидный.
Бипирамиды | Удлиненные бипирамиды | Гиро-удлиненные бипирамиды | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
J12 | Обычные | J13 | J14 | J15 | J16 | Копланарная | J17 | Правильная |
Треугольная бипирамида | Квадратная бипирамида. (октаэдр ) | Пятиугольная бипирамида | Удлиненная треугольная бипирамида | Удлиненная квадратная бипирамида | Удлиненная пятиугольная бипирамида | Гироудлиненная треугольная бипирамида. (треугольный трапецоэдр ) | Гиро-продолговатая квадратная бипирамида <1548эдроигронидронидигональная двухконечная 599 ) | |
Увеличенный из многогранников | ||||||||
тетраэдр | квадратная пирамида | пятиугольная пирамида | тетраэдр. треугольная призма | квадратная пирамида. куб | пятиугольная пирамида. пятиугольная призма | тетраэдр. октаэдр | квадратная пирамида. квадратная антипризма | пятиугольная пирамида. пятиугольная антипризма |
тела Джонсона с 18 по 48 получены из куполов и ротондов.
Вытянутый купол | Удлиненная ротонда | Гиро-удлиненный купол | Гиро-удлиненная ротонда | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Копланарная | J18 | J19 | J20 | J21 | Вогнутый | J22 | J23 | J24 | J25 |
Удлиненный фастигиум | Вытянутый треугольный купол | Вытянутый квадратный купол | Удлиненный пятиугольный купол | Удлиненная пятиугольная ротонда | Гиро-удлиненный фастигиум | Гиро-удлиненный треугольный купол | Пятиугольный прямоугольный 44-й купол купол | Гиро-удлиненная пятиугольная ротонда | |
Дополненная многогранниками | |||||||||
Квадратная призма. Треугольная призма | Гексагональная призма. Треугольный купол | Восьмиугольная призма. Квадратный купол | Десятиугольная призма. Пятиугольный купол | Десятиугольная призма. Пятиугольная ротонда | квадратная антипризма. Треугольная призма | Гексагональная антипризма. Треугольный купол | восьмиугольная антипризма призма. Квадратный купол | Десятиугольная антипризма. Пятиугольный купол | Десятиугольная антипризма. Пятиугольная ротонда |
Треугольная гиробикупола - архимедово твердое тело ( в данном случае кубооктаэдр ), поэтому это не тело Джонсона.
Orthobicupola | Gyrobicupola | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Coplanar | J27 | J28 | J30 | J26 | Полурегулярный | J29 | J31 |
Orthobifastigium | Треугольная ортобикупола | Квадратная ортобикупола | Пятиугольная ортобикупола | Gyrobifastigium | Треугольная гиробикупола. (кубооктаэдр Квадратная гиробикупола | Пятиугольная гиробикупола | |
Дополненная многогранником | |||||||
Треугольная призма | Треугольный купол | Квадратный купол | Пятиугольный купол | Треугольная призма | Треугольный купол | Квадратный купол | Пятиугольный купол |
Пятиугольная гиробиротонда - это архимедово твердое тело (в данном случае икосододекаэдр ), поэтому это не джонсон
Купола-ротонда | Биротонда | ||
---|---|---|---|
J32 | J33 | J34 | Полуправая |
Пятиугольная ортокуполяротонда | Пятиугольная гирокуполяротонда | Пятиугольная ортобиротонда | Пятиугольная гиробиротонда. (икосододекаэдр ) |
Дополненный многогранниками | |||
Пятиугольный купол. Пятиугольная ротонда | Пятиугольная ротонда | ||
Вытянутые двуглавые вершины - ортобикупола Архимедово твердое тело (в данном случае ромбокубооктаэдр ), поэтому оно не является твердым телом Джонсона.
Ортобикупола удлиненная | Гиробикупола удлиненная | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Копланарная | J35 | Полурегулярная | J38 | Копланарная | J36 | J37 | J39 |
Удлиненный ортобифастигий | Удлиненный треугольный ортобикупола | Удлиненный квадратный ортобикупола. (ромбокубоктаэдр ) | Удлиненный пятиугольный ортобикупола <1416bifastigium 1394>Гиробикупола удлиненная треугольная | Гиробикупола удлиненная квадратная | Гиробикупола удлиненная пятиугольная | ||
Дополнена многогранниками | |||||||
Квадратная призма. Треугольная призма | Гексагональная призма. Треугольный купол | Восьмиугольная призма. Квадратный купол | Десятиугольная призма. Пятиугольный купол | Квадратная призма. Треугольная призма | Шестиугольная призма. Треугольный купол | Восьмиугольная призма. Квадратный купол | Десятиугольная призма. Пятиугольный купол |
Эти тела Джонсона имеют 2 хиральные формы.
Твердые тела Джонсона с 49 по 57 строятся путем увеличения сторон призм квадратными пирамидами.
Увеличенные треугольные призмы | Увеличенные пятиугольные призмы | Увеличенные шестиугольные призмы | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
J49 | J50 | J51 | J52 | J53 | J54 | J55 | J56 | J57 |
Увеличенная треугольная призма | Двуугловая треугольная призма | Триаугментированная треугольная призма | Увеличенная пятиугольная призма | Двухугольная пятиугольная призма | Расширенная шестиугольная призма | Парабиаугментированная шестиугольная призма | Метабиаугментированная шестиугольная призма | Трехгранная шестиугольная призма |
Увеличенная из многогранников | ||||||||
Треугольная призма. Квадратная пирамида | Пятиугольная призма. Квадратная пирамида | Гексагональная призма. Квадратная пирамида | ||||||
Тела Джонсона с 58 по 64 строятся путем увеличения или уменьшения Платоновых тел.
J58 | J59 | J60 | J61 |
---|---|---|---|
Увеличенный додекаэдр | Парабиаугментированный додекаэдр | Метабиауглеродный додекаэдр | Триауглеродный додекаэдр |
Увеличенный из многогранников | |||
Додекаэдр и пятиугольная пирамида | |||
Уменьшенный икосаэдр | Увеличенный трехуменьшенный икосаэдр | |||
---|---|---|---|---|
J>(Повторяется) | Равномерное | J62 | J63 | J64 |
Уменьшенный икосаэдр. (Гиро-удлиненная пятиугольная пирамида ) | Икосаэдр с уменьшенным парабидом. (Пятиугольная антипризма ) | Икосаэдр с метабидоуменьшением | Икосаэдр с трехкратным уменьшением | Икосаэдр с увеличенным треугольником |
Тела Джонсона с 65 по 83 уменьшаются путем увеличения или вращающиеся архимедовы тела.
Увеличенный усеченный тетраэдр | Увеличенный усеченный d кубы | Расширенные усеченные додекаэдры | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
J65 | J66 | J67 | J68 | J69 | J70 | J71 |
Увеличенный усеченный тетраэдр | Увеличенный усеченный куб | Увеличенный усеченный куб | Увеличенный усеченный додекаэдр | Парабиаугментированный усеченный додекаэдр | Метабиаугментированный усеченный 1447 додекаэдр 1143>Увеличенный из многогранников | |
усеченный тетраэдр. треугольный купол | усеченный куб. квадратный купол | усеченный додекаэдр. пятиугольный купол | ||||
Гиратные круговые диаграммы J72 | J73 | J74 | J75 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
Гиратный ромбикосододекаэдр | Парабигиратный ромбикосододекаэдр | Метабигиратный ромбоикосододекаэдр <1496эдододекаэдр <1496эдромбидододекаэдр>диомбикосидодекаэдр J76 | J80 | J81 | J83 | |
Уменьшенный ромб икосододекаэдр | Парабидодекаэдр | Метабидодекаэдр | Трёхуменьшенный ромбикосододекаэдр | |||
Уменьшенный гиратом <7161078> | ||||||
J77161078>J77161098>Уменьшенный парагиратный ромбикосододекаэдр | Метагиратный уменьшенный ромбикосододекаэдр | Бигиратный уменьшенный ромбикосододекаэдр | Гиратный двунаправленный ромбикосододекаэдр | |||
J37 также будет отображаться здесь как дубликат ромбикосододекаэдра (он является дублированным ромбикосододекаэдром).
Другие архимедовы твердые тела могут вращаться и уменьшаться, но все они приводят к ранее подсчитанным твердым телам.
J27 | J3 | J34 | J6 | J37 | J19 | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Гиратный кубооктаэдр. (треугольный ортобикупола ) | Уменьшенный кубооктаэдр. (треугольный купол ) | Гиратный икосододекаэдр. (пятиугольный ортобиротонда ) | Уменьшенный икосододекаэдр. (пятиугольный ротубооктаэдр <1534гг. (удлиненный квадратный гиробикупола ) | Уменьшенный ромбокубооктаэдр. (удлиненный квадратный купол ) | |||
Гирированный или уменьшенный из многогранников | |||||||
Кубооктаэдр | Икосидодекаэдр | Икосидодекаэдр | Ромбокубооктаэдр | ||||
Твердые тела Джонсона с 84 по 92 не являются производными "вырезать и вставить" однородные твердые тела.
nub антипризмы могут быть сконструированы как чередование усеченной антипризмы. Гиробиантикуполы - еще одна конструкция для курносых антипризм. Можно построить только курносые антипризмы с не более чем 4 сторонами взяты из правильных многоугольников. Курносая треугольная антипризма - это правильный икосаэдр, поэтому это не твердое тело Джонсона.
J84 | Обычный | J85 |
---|---|---|
Курносый дисфеноид. ss {2,4} | Икосаэдр. ss {2,6 } | Плоскостная квадратная антипризма. ss {2,8} |
Дигональная гиробиантикупола | Треугольная гиробиантикупола | Квадратная гиробиантикупола |
J86 | J87 | J88 | |
---|---|---|---|
Sphenocorona | Увеличенная сфенокорона | Sphenomegacorona | |
J89 | J90 | J91 | J92 |
Hebesphenomegacorona | Disphenocingulum | Bilunabirotunda | Треугольная hebesphenorotunda |
Пять твердых тел Джонсона составляют дельтаэдры, со всеми гранями равностороннего треугольника:
Двадцать четыре тела Джонсона имеют только y треугольник или квадратные грани:
|
Одиннадцать тел Джонсона имеют только треугольник и пятиугольные грани:
Двадцать тел Джонсона имеют только треугольник, квадрат и пятиугольник грани:
имеют только восемь треугольников Джонсона, квадратные и шестиугольные грани:
Пять тел Джонсона имеют только треугольник, квадрат и восьмиугольные грани:
Два тела Джонсона имеют только треугольник, пятиугольник и десятиугольные грани:
Только одно тело Джонсона имеет треугольные, квадратные, пятиугольные и шестиугольные грани:
Шестнадцать тел Джонсона имеют только треугольные, квадратные, пятиугольные и десятиугольные грани:
25 из тел Джонсона имеют вершины, которые существуют на поверхности сферы : 1–6,11,19,27,34, 37,62,63,72–83. Можно увидеть, что все они связаны с правильным или однородным многогранником путем вращения, уменьшения или рассечения.
Октаэдр | Кубооктаэдр | Ромбокубооктаэдр | |||
---|---|---|---|---|---|
J1. | J3. | J27. | J4. | J19. | J37. |
Икосаэдр | Икосододекаэдр | ||||
---|---|---|---|---|---|
J2. | J11. | J62. | J63. | J6. | J34. |
Ромбикосододекаэдр | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
J5. | J72. | J73. | J74. | J75. | J76. | J77. |
J78. | J79. | J80. | J81. | J82. | J83. |