Многогранники и их виды

Многогранник — поверхность, составленная из многоугольников и ограничивающих некоторое геометрическое тело.
Многогранники бывают выпуклыми и невыпуклыми
Многогранник называется выпуклым, если он расположен по одну сторону плоскости каждого многоугольника на его поверхности
Определение многогранника

Двойственный многогранник
Многогранник, двойственный (или дуальный) к заданному многограннику — многогранник, у которого каждой грани исходного многогранника соответствует вершина двойственного, каждой вершине исходного — грань двойственного и каждому ребру исходного — ребро двойственного. Многогранник, двойственный двойственному, гомотетичен исходном

Изгибаемый многогранник
Многогранник (точнее — многогранная поверхность) называется изгиба́емым, если его пространственную форму можно изменить такой непрерывной во времени деформацией, при которой каждая грань не изменяет своих размеров (то есть движется как твёрдое тело), а деформация осуществляется только за счёт непрерывного изменения двугранных углов. Такая деформация называется непрерывным изгибанием многогранника.

Полуправильный многогранник
Полуправильные многогранники — в общем случае это различные выпуклые многогранники, которые, не являясь правильными, имеют определённые признаки как у правильных, такие как одинаковость всех граней, являемость всех граней правильными многоугольниками, пространственная симметрия. Определение может варьироваться и включать различные типы многогранников, но в первую очередь сюда относятся архимедовы тела.
Архимедовы тела — выпуклые многогранники, обладающие двумя свойствами:
Все грани являются правильными многоугольниками двух или более типов (если все грани — правильные многоугольники одного типа, это —правильный многогранник);
Для любой пары вершин существует симметрия многогранника (то есть движение переводящее многогранник в себя) переводящая одну вершину в другую. В частности,
Все многогранные углы при вершинах конгруэнтны.
Первое построение полуправильных многогранников приписывается Архимеду, хотя соответствующие работы утеряны.

многогранник называется правильным, если его грани являются правильными многоугольниками с одним и тем же числом сторон и в каждой вершине многогранника сходится одно и то же число ребер.
Определение правильного многогранника

Существует 5 типов правильных многогранников
Правильный додекаэдр
Правильный икосаэдр
Правильный гексаэдр
Правильный тетраэдр
Правильный октаэдр

Тетраэдр
Тетра́эдр (греч. τετραεδρον — четырёхгранник) — многогранник с четырьмя треугольными гранями, в каждой из вершин которого сходятся по 3 грани. У тетраэдра 4 грани, 4 вершины и 6 рёбер.

Октаэдр
Окта́эдр (греч. οκτάεδρον, от греч.οκτώ, «восемь» и греч.έδρα — «основание») — один из пяти выпуклых правильных многогранников, так называемых Платоновых тел.
Октаэдр имеет 8 треугольных граней, 12 рёбер, 6 вершин, в каждой его вершине сходятся 4 ребра.

Гексаэдр (куб)
Куб или правильный гексаэдр — правильный многогранник, каждая грань которого представляет собой квадрат. Частный случай параллелепипеда и призмы.

Икосаэдр
Икоса́эдр (от греч. εικοσάς — двадцать; -εδρον — грань, лицо, основание) — правильный выпуклый многогранник, двадцатигранник, одно из Платоновых тел. Каждая из 20 граней представляет собой равносторонний треугольник. Число ребер равно 30, число вершин — 12. Икосаэдр имеет 59 звездчатых тел.

Додекаэдр
Додека́эдр (от греч. δώδεκα — двенадцать и εδρον — грань),двенадцатигранник —правильный многогранник, составленный из двенадцати правильных пятиугольников. Каждая вершина додекаэдра является вершиной трёх правильных пятиугольников.
Таким образом, додекаэдр имеет 12 граней (пятиугольных), 30 рёбер и 20 вершин (в каждой сходятся 3 ребра). Сумма плоских углов при каждой из 20 вершин равна 324°.

Историческая справка
О существовании всего лишь пяти правильных многогранников знали еще в Древней Греции. Великий древнегреческий мыслитель Платон считал, что четыре из них олицетворяют четыре «стихии»: тетраэдр – огонь, куб – землю, икосаэдр – воду, октаэдр – воздух. Пятый же многогранник, додекаэдр, символизировал собой все мироздание, представлял собой образ всей Вселенной, почитался главнейшим и его стали называть quinta essentia (квинта эссенциа») или «пятая сущность».
Правильные многогранники называют иногда Платоновыми телами, им посвящена последняя книга «Начал» Евклида. Её считают венцом стереометрии у древних греков.

Леонард Эйлер (1707-1783г.г.)
Эйлер - швейцарский математик и механик, академик Петербургской Академии Наук, автор огромного количества глубоких результатов во всех областях математики. Полное собрание сочинений Эйлера-72 тома-не вышло целиком и до сих пор. По единодушному признанию современников Леонард Эйлер - первый математик мира. В геометрии Эйлер положил начало совершенно новой области исследований, выросшей впоследствии в самостоятельную науку — топологию.
Имя Эйлера носит формула, связывающая число вершин (В), ребер (Р) и граней (Г) выпуклого многогранника: В + Г = Р + 2
«Эйлер не проглядел ничего в современной ему математике, хотя последние семнадцать лет своей жизни был совершенно слеп».
Э.Т.Белл

По горизонтали:
2. Правильный шестигранник. 4. Плоские многоугольники, из которых состоит поверхность многогранника. 5. Высота боковой грани правильной пирамиды. 7. Правильный двадцатигранник. 8. Правильный двенадцатигранник. 10. Основание правильной четырёхугольной пирамиды. 11. Древнегреческий философ, подробно описавший правильные многогранники. 12. Призма, основанием которой служит параллелограмм.
По вертикали:
1. Треугольная пирамида. 3. Сторона грани многогранника. 6. Тело, поверхность которого состоит из конечного числа плоских многоугольников. 9. Автор теоремы (формулы) В+Г=Р+2, показывающей зависимость между вершинами, гранями и рёбрами выпуклого многогранника.

Применение в кристаллографии
Тела Платона нашли широкое применение в кристаллографии, так как многие кристаллы имеют форму правильных многогранников.
Например, куб - монокристалл поваренной соли (NaCl), октаэдр - монокристалл алюмокалиевых квасцов, одна из форм кристаллов алмаза - октаэдр
Кристаллы бывают самой различной формы: 1 — берилл, 2 — аметист, 3 — рубин, 4 — кристалл металла германия — денорит, 5 — горный хрусталь, 6 — испанский шпат, 7 — поваренная соль, 8 — ограненный алмаз—бриллиант, вправленный в кольцо.
В колбе с перенасыщенным раствором на конце проволочки, опущенной в раствор, растет кристалл поваренной соли.

Поваренная соль состоит из кристаллов в форме куба
Скелет одноклеточного организма феодарии представляет собой икосаэдр.
Минерал сильвин также имеет кристаллическую решетку в форме куба.
Молекулы воды имеют форму тетраэдра.
Минерал куприт образует кристаллы в форме октаэдров.
Кристаллы пирита имеют форму додекаэдра

Многогранники в архитектуре
Еги́петские пирами́ды —Пирамиды представляют собой огромные каменные сооружения пирамидальной формы, использовавшиеся в качестве гробниц для фараонов Древнего Египта. Слово «пирамида» — греческое, означает многогранник. По мнению одних исследователей, большая куча пшеницы и стала прообразом пирамиды. По мнению других учёных, это слово произошло от названия поминального пирога пирамидальной формы.

Фаросский маяк
Александри́йский мая́к (Фа́росский маяк) — маяк, построенный в lll веке до н.э. на острове Фарос около египетского города Александрии. Фаросский маяк состоял из трёх мраморных башен, стоявших на основании из массивных каменных блоков. Первая часть башни была прямоугольной, в ней находились комнаты, в которых жили рабочие и солдаты. Над этой частью располагалась меньшая, восьмиугольная башня со спиральным пандусом, ведущим в верхнюю часть. Верхняя часть башни формой напоминала цилиндр, в котором горел огонь.

Башни Смоленской крепости

В искусстве.
Альбрехт Дюрер «меланхолия»
«Меланхолия» — резцовая гравюра на меди немецкого художника Альбрехта Дюрера, законченная в 1514 году. «Меланхолия» одна из наиболее таинственных работ Дюрера, и выделяется сложностью и неочевидностью идеи
Сфера и многогранник (усеченный с двух углов параллелепипед) Боковыми гранями являются два правильных треугольника и шесть нерегулярных пятиугольников; двенадцать вершин принадлежат к двум разным типам.
Дюрер составил первый в европейском искусстве магический квадрат, 4х4. Сумма чисел в любой строке, столбце, диагонали, а также в каждой четверти (в том числе в центральном квадрате) и сумма угловых чисел равна 34. Два средних числа в нижнем ряду указывают дату создания картины (1514). В средних квадратах первого столбика внесены исправления — цифры деформированы.