立体几何 08 多面体的分类
多面体是由若干个平面多边形围成的几何体,其分类方式有多种:
一、按面的形状分类
1、正多面体
定义:正多面体的各个面都是全等的正多边形,并且各个多面角都是全等的多面角。
种类:在三维空间中,正多面体只有五种,分别是正四面体(四个正三角形面)、正六面体(六个正方形面,即正方体)、正八面体(八个正三角形面)、正十二面体(十二个正五边形面)和正二十面体(二十个正三角形面)。
古希腊哲学家柏拉图(Plato,Πλατών,公元前427年—公元前347年)曾对它们进行研究,所以正多面体也被称为柏拉图立体。
2、半正多面体
定义:半正多面体是使用两种或更多种正多边形为面的凸多面体,每个顶点的情况相同,且所有面都是正多边形。
种类:阿基米德(公元前287年—公元前212年)曾研究过这类多面体,所以半正多面体也被称为阿基米德多面体,共有13种。例如截角正方体,它是由8个正三角形和6个正八边形组成;还有截角四面体,由4个正三角形和4个正六边形组成。
3、一般多面体
定义:面由任意的多边形组成,不满足正多面体和半正多面体的严格条件。这些多边形的边长、角度等不一定相等。
示例:像一些不规则的棱柱、棱锥等。例如,底面是不规则四边形的棱柱,其四个侧面是平行四边形,底面是不规则的四边形,它就属于一般多面体。
二、按是否凸多面体分类
1、凸多面体
定义:把多面体的任意一个面伸展成平面,如果其他各面都在这个平面的同一侧,则这样的多面体叫做凸多面体。直观来讲,凸多面体没有凹陷的部分。
性质:凸多面体具有一些良好的性质,例如欧拉公式\(V - E+F = 2\)(其中\(V\)表示顶点数,\(E\)表示棱数,\(F\)表示面数)对所有凸多面体都成立。常见的正多面体和半正多面体都是凸多面体。
2、凹多面体
定义:存在一个面,将其伸展成平面后,其他面不都在这个平面的同一侧,即多面体存在凹陷的部分。
示例:可以想象一个类似“碗状”被挖去一部分的多面体,它就属于凹多面体。
三、按棱与面的关系分类
1、棱柱
定义:有两个面互相平行,其余各面都是四边形,并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行,由这些面所围成的多面体叫做棱柱。
分类:根据底面多边形的边数可分为三棱柱、四棱柱、五棱柱等;根据侧棱与底面是否垂直,可分为直棱柱(侧棱垂直于底面)和斜棱柱(侧棱不垂直于底面)。特殊的四棱柱有平行六面体(底面是平行四边形)、长方体(底面是矩形的直棱柱)、正方体(棱长都相等的长方体)等。
2、棱锥
定义:有一个面是多边形,其余各面都是有一个公共顶点的三角形,由这些面所围成的多面体叫做棱锥。
分类:根据底面多边形的边数可分为三棱锥、四棱锥、五棱锥等;如果棱锥的底面是正多边形,且顶点在底面的射影是底面正多边形的中心,这样的棱锥叫做正棱锥。
3、棱台
定义:用一个平行于棱锥底面的平面去截棱锥,底面与截面之间的部分叫做棱台。
分类:根据底面多边形的边数可分为三棱台、四棱台、五棱台等;由正棱锥截得的棱台叫做正棱台。