立方體如何用同一結構三等分?

這樣的全等的結構三等分立方體是如何構造出來的?

動圖http://image.haha.mx/2015/01/09/big/1610370_d960bece36c74397bf6ac063f6d1b3cd_1420761185.gif


這樣的東西還是挺好做的,簡單舉幾個例子吧,佔個地兒慢慢做:

  1. 拿來一個立方體,我們先從最長的對角線看它,會是一個六邊形的樣子,的然後我們以這條對角線為軸每120°切上一刀(PS:轉60°切是一樣的,如果從對角線另一端看的話)。如圖

    每個part都是一個4稜錐
  2. 再拿來一個立方體,如樓上所說,把6等分的4稜錐每兩個組合在一起,有兩種組合方式:

    A 和相鄰的part組合

    B 和相對的part組合

    雖然看上去這個結構會斷掉,但是深究的話是可以通過合理的形變連接起來的,暫時不贅述,只講一些基本型。
  3. 有空再補......


立方體用同一結構三等分很簡單。

設立方體為-1 le x,y,z le 1,則-1 le z le -max(|x|,|y|)是如下圖所示的四稜錐:

六個這樣的四稜錐就能拼成原來的立方體。

把以立方體的相鄰兩個面為底面的兩個四稜錐粘起來,可以得到一個新的立體圖形;三個這樣的立體圖形就是原立方體的三等分。

而題目中GIF圖所示的立體,應該是把上面的立體稜角磨圓後的結果。


33 是 m3m 的子群,所以任意以正方體某對角線為三次軸的「切」法都可以把正方體三等分。


對於每組三個點(x,y,z), (y,z,x), (z,x,y),你把它們分別放進三個集合A,B,C里。那麼最後A, B, C拿出來,肯定是三個全等的形狀,而且拼起來就是正方形。(忽略x=y=z的情況,它們不重要)

(其實以上就是 @Belleve和 @張靠譜 說的以正方體某對角線為三次軸去切啦,這裡選的軸是x=y=z那條,換成別的也類似)

當然你還是希望這三個集合要連通的。所以你去看 @王贇 Maigo 回答里的解或者@琉璃繪羽回答里的前兩個解,作為一個初始情況,然後在保持前面說的性質的情況下進行「調整」。比如說在A里挖掉一塊給B,B里對稱地挖掉一塊給C,C同理給A,得到的解仍然是合法的,並且只要你挖得合適就能保持連通性不丟。

@王贇 Maigo說的磨圓和 @琉璃繪羽說的「雖然看上去這個結構會斷掉,但是深究的話是可以通過合理的形變連接起來的」差不多都是這種調整操作。


居然沒人想到這種最簡單的方法??


找到三次軸,也就是穿過定點和體心的那個軸,然後在這個基礎上隨便搞都可以,最簡單的是直接切。想複雜一點動動手腳,只要保證這個三次軸還是三次軸就行,可以有無限種分法。


感謝 貓珏 的提示,在作者的主頁上看到了介紹視頻,不是所有的曲線都能形成三等分,能組合拆分的結構

Cubic Trisection (QX4M8PNQT) by Oskar_van_Deventer

此外,還看到了其他類似結構

Кубик Курский.


推薦閱讀:

未來中國工業自動化程度能提高到什麼程度?3d列印取代數控機床是否只是時間問題?
3D列印技術在近幾年能有多大的發展?未來十年會怎樣?
從研發者的角度考慮,如何提升增材製造(3D列印)的精度以及如何減少耗時?
3D列印中SLM和SLS成型有什麼區別?
3D印表機可以列印的的材料有哪些?可以使用瀝青列印路面嗎?

TAG:數學 | 3D列印 | 立體幾何 | 三維模型 |