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사각뿔

Square pyramid
사각뿔
유형존슨
J92 – J – J12 – J
얼굴들4개의 삼각형
1제곱
가장자리8
꼭짓점5
꼭짓점 구성[1]
대칭군
용량
이중 다면체자기의[2]
특성.볼록한
그물

기하학에서 사각뿔은 밑면이 사각형인 피라미드로, 총 5개의 면을 가지고 있습니다. 피라미드의 꼭지점이 정사각형의 중심 바로 위에 있다면 이등변삼각형이 4개인 직각 사각뿔이고, 그렇지 않으면 비스듬한 사각뿔입니다. 피라미드의 모든 모서리의 길이가 같을 때 삼각형은 모두 정방형이며, 이를 정방형 사각뿔이라고 합니다.

정사각형 피라미드는 건축의 역사를 통틀어 등장했는데, 이집트 피라미드와 다른 많은 유사한 건물들을 예로 들 수 있습니다. 사각 피라미드 분자 구조의 화학에서도 발생합니다. 정사각형 피라미드는 종종 다른 다면체의 건설에 사용됩니다. 고대의 많은 수학자들은 다양한 접근법으로 정사각형 피라미드의 부피에 대한 공식을 발견했습니다.

특성.

직각 정사각뿔

정사각형 피라미드는 다섯 의 꼭짓점, 여덟 개의 모서리, 다섯 개의 면을 가지고 있습니다. 피라미드의 밑면이라고 불리는 한 면은 정사각형이고, 다른 네 면은 삼각형입니다.[3] 네 개의 모서리는 네 개의 꼭짓점을 연결하여 정사각형을 구성합니다. 나머지 네 개의 가장자리는 피라미드의 측면 가장자리로 알려져 있습니다; 그것들은 꼭지점이라고 불리는 다섯 번째 꼭지점에서 만납니다.[4] 피라미드의 꼭짓점이 정사각형의 중심으로부터 수직으로 세워진 선 위에 놓여 있으면, 이를 직각 사각뿔이라고 하며, 네 개의 삼각형 면은 이등변삼각형입니다. 그렇지 않은 경우, 피라미드는 두 개 이상의 비이등변 삼각형 면을 가지며 비스듬한 사각뿔이라고 불립니다.[5]

정방형 사각뿔의 3차원 모형

모든 삼각형의 모서리의 길이가 같고, 네 개의 삼각형이 정삼각형이고, 피라미드의 면이 모두 정다각형이라면 정삼각형입니다.[6] 인접한 삼각형 면 사이의 다면체 - 1 / ) ≈.47 ∘ {\displaystyle \ \left/3\약 109.47^{\circuit}}이며, 바닥과 각 삼각형 면 사이의 각도는 arcan ⁡ 2 ≈ 54.735 ∘ {\displaystyle \acrt {\sqrt {2}\약 54.735^{\circuit}}입니다. 정다각형만 면으로 하는 볼록한 다면체를 존슨 입체라고 하고, 정방형의 1 {\1}}로 열거된 최초의 존슨 입체입니다[7] 정다각형을 밑면으로 하는 다른 직각뿔들처럼, 직각 사각뿔도 피라미드 대칭을 갖습니다. 정사각형 피라미드의 경우, 이것은 순환군 4 의 대칭입니다 피라미드는 대칭축을 중심으로 한 전체 회전의 1, 2, 3/4로 회전하여 불변 상태로 유지됩니다. 또한 기저부의 이등분선을 통과하는 수직면에 대해 거울 대칭입니다.[1] 휠 그래프 로 나타낼 수 있으며 일반적으로 휠 W W_{는 {\ n 피라미드의 을 나타냅니다.[8]

표면적과 부피

직각 사각뿔의 경사 는 이등변 삼각형 중 하나의 높이로 정의됩니다. 피타고라스 정리를 통해 얻을 수 있습니다.

여기서 사각형의 모서리 중 하나인 삼각형의 밑변의 길이이고, 피라미드의 측면 모서리인 삼각형의 다리 길이입니다.[9] 직각 사각뿔의 높이 h도 마찬가지로 구할 수 있으며, 경사 높이 공식을 대입하면 다음과 같습니다.[10]
다면체표면적은 다면체의 표면적의 합입니다. 직각 사각뿔의 표면적 = + S A = 4 T + S로 표현할 수 있으며, 여기서 T {\displaystyle T} 및 S {\displaystyle S}는 각각 삼각형과 밑면 중 하나의 면적입니다. 삼각형의 넓이는 밑변과 변의 곱의 절반이고, 정사각형의 넓이는 변의 길이입니다. 이는 다음과 같은 표현을 제공합니다.[11]
일반적으로 피라미드의 V 는 밑면 면적의 1/3에 높이를 곱한 것과 같습니다.[12] 정사각형 피라미드의 공식으로 표현하면 다음과 같습니다.[13]

많은 수학자들이 고대에 정사각형 피라미드의 부피를 계산하는 공식을 발견했습니다. 이집트 수학자들은 모스크바 수학 파피루스에서 잘린 사각뿔의 부피를 계산하는 공식에 대한 지식을 증명했는데, 이 공식이 어떻게 유도되었는지는 알 수 없습니다. 사각뿔의 부피를 발견하는 것을 넘어 사각뿔의 기울기와 높이를 구하는 문제는 Rhind Mathematical Papyrus에서 찾을 수 있습니다.[14] 바빌로니아 수학자들은 또한 좌절의 부피를 고려했지만 그것에 대한 잘못된 공식을 제시했습니다.[15] 중국의 수학자 류후이도 직사각형의 고체를 조각으로 쪼개는 방법으로 부피를 발견했습니다.[16]

적용들

이집트 피라미드는 건축에서 정사각형 피라미드 건물의 한 예입니다.
이집트와 비슷한 건물인 메소아메리카 피라미드 중 하나는 평평한 꼭대기와 얼굴에 계단이 있습니다.

건축에서 고대 이집트에 지어진 피라미드는 정사각형 피라미드 모양의 건물의 예입니다.[17] 피라미드학자들기자 피라미드의 설계를 위해 케플러 삼각형과 황금비율에 기초한 이론을 포함한 다양한 제안들을 내놓았습니다. 그러나 현대 학자들은 이집트 수학과 비율에 대한 지식과 더 일치하기 때문에 정수비를 사용한 설명을 선호합니다.[18] 메소아메리카 피라미드는 이집트와 비슷한 고대 피라미드 건축물이기도 합니다; 평평한 꼭대기와 얼굴을 올라가는 계단이 있다는 점에서 다릅니다.[19] 이집트 피라미드를 모방한 디자인의 현대식 건물로는 루브르 피라미드와 카지노 호텔인 룩소 라스베가스가 있습니다.[20]

입체화학에서 원자단정사각형 피라미드 기하학을 가질 수 있습니다. 사각뿔형 분자는 하나의 활성 론 을 갖는 주군 원소를 가지고 있는데, VSEPR 이론으로 알려진 분자의 기하학을 예측하는 모델로 설명할 수 있습니다.[21] 이러한 구조를 가진 분자의 예로는 염소 5불화물, 브롬 5불화물, 요오드 5불화물 등이 있습니다.[22]

사각뿔을 포함한 증강에 의한 다면체의 건축물인 테트라키스 육면체

정사각형 피라미드의 밑면을 다른 다면체의 정사각형 면에 부착하여 새로운 다면체를 구성할 수 있는데, 는 증강의 한 예입니다. 예를 들어 정육면체의 각 면에 정사각뿔의 밑면을 붙이면 테트라키스 육면체를 만들 수 있습니다.[23] 피라미드에 프리즘이나 안티프리즘을 붙이는 것을 각각 신장 또는 자이로 신장이라고 합니다.[24] 다른 존슨 고체 중 일부는 정사각형 피라미드를 증강하거나 정사각형 피라미드로 다른 모양을 증강함으로써 구성할 수 있습니다: 길쭉한 정사각형 J 8{\ 자이로길쭉한 정사각형 10{\ 길쭉한 정사각형 이중 피라미드 gyroelongated square bipyramid , augmented triangular prism , biaugmented triangular prism , triaugmented triangular prism , augmented pentagonal prism , biaugmented pentagonal prism , augmented hexagonal prism , parabiaugmented hexagonal prism , metabiaugmented hexagonal prism , 3증강 육각 프리즘 증강 스피노코로나 J [25]

참고 항목

메모들

  1. ^ a b c 존슨 (1966).
  2. ^ Wohlleben (2019), p. 485–486.
  3. ^ Cissold (2020), p. 180.
  4. ^ O'Keeffe & Hyde (2020), p. 141; Smith (2000), p. 98.
  5. ^ Freitag(2014), 페이지 598.
  6. ^ Hocevar (1903), p. 44.
  7. ^ 우에하라 (2020), 62쪽.
  8. ^ Pisanski & Servatius (2013), 21쪽.
  9. ^ Larcombe (1929), p. 177; Perry & Perry (1981), pp. 145–146.
  10. ^ 라콤 (1929), 177쪽.
  11. ^ Freitag(2014), p. 798
  12. ^ Alexander & Koeberlin (2014), 403쪽.
  13. ^ 라콤 (1929), 178쪽.
  14. ^ Cromwell (1997), pp. 20–22.
  15. ^ 이브(1997), 2쪽.
  16. ^ 바그너 (1979).
  17. ^ Kinsey, Moore & Prassidis (2011), p. 371.
  18. ^ Herz-Fischler(2000)는 이 피라미드의 모양에 대한 많은 대안적인 이론들을 조사했습니다. 케플러 삼각형에 특정한 자료는 11장 "케플러 삼각형 이론", 80~91쪽, "이론은 고대 이집트인들에게 알려진 것과 일치하는 수학 수준에 해당해야 한다"는 원칙에 의해 케플러 삼각형 이론을 제거할 수 있다는 결론은 166쪽을 참조하십시오. 이 삼각형에 대한 케플러의 연구 역사는 노트 3, 페이지 229를 참조하십시오. 로시(2004), 페이지 67-68을 참조하십시오. "고대 이집트의 어떤 기록된 수학적 출처에도 황금 섹션으로 분류될 수 있는 산술 계산이나 기하학적 구조에 대한 직접적인 증거는 없습니다.φ \varphi} 및 φ \varphi} 자체에 대한 수렴, 숫자로, 현존하는 중세의 수학적 출처와 맞지 않음"; 피라미드의 모양과 다른 이집트 건축물에 대한 여러 대안 이론에 대한 광범위한 논의도 참조하십시오, 7-56쪽. Rossi & Tout(2002)Markowsky(1992)도 참조하십시오.
  19. ^ Feder(2010), p. 34; Takacs & Cline(2015), p. 16.
  20. ^ Jarvis & Naested (2012), p. 172; Simonson (2011), p. 154.
  21. ^ Petrucci, Harwood & Herring (2002), 414쪽.
  22. ^ Emeléus (1969), p. 13.
  23. ^ Demey & Smessaert (2017).
  24. ^ 슬로보단, 오브라도비치, ð우카노비치 (2015).
  25. ^ Rajwade (2001), pp. 84–89. 표 12.3을 참조하십시오. 여기서 프리즘 나타내고 An 을 나타냅니다.

참고문헌

외부 링크