Sunday, May 17, 2009

柏拉圖立體

凸(convex)正多面體(regular polyhedron),又稱為柏拉圖立體 (Platonic solid)。遠在二千多年前,古希臘人已發現只有五種凸正多面體:正四面體(regular tetrahedron)、正方體(cube)、正八面體(regular octahedron)、正十二面體(regular dodecahedron)、正二十面體(regular icosahedron)。

不清楚他們的面貌?到 wikipedia 一看吧。既然稱為柏拉圖立體,當然與古希臘哲學家柏拉圖有些關係,我不在此述,有興趣也可看 wikipedia。
http://en.wikipedia.org/wiki/Platonic_solid

是不是很漂亮呢?各柏拉圖立體中,每個面都是相同的正多邊形,但別搞錯,這個不是柏拉圖立體的定義。有些人就是被這個漂亮的特性深深吸引,以為每個面都是相同的正多邊形的立體就是柏拉圖立體。

試想像一個立體,它是由兩個正四面體沿一面相接得出來,見下圖。



別弄錯,這個立體不是正八面體。它只有六個面,而每個面都是等邊三角形。

它每個面都是正多邊形,但看上去美感及不上那五個柏拉圖立體,究竟是何固?

美,總有原因吧。這是因為柏拉圖立體很對稱。

立體上的對稱,要以量化的角度來說可以十分複雜,那些甚麼對稱群我也不懂,但兩千年前的希臘人也不懂呢。他們可以欣賞柏拉圖立體的美,我相信不會單單是一種感覺,而是有一套確確實實的語言去描述這種美。古希腦的哲學家可不是一群只懂吹水的窩囊廢。

我不知那時他們怎樣描述,我用我的語言去描述吧。

任何多面體的結構,都包括三個部分:頂點(vertice)、棱(edge)、面(face),就由這三部分入手。

關於面,前文已述,每個面都是相同的正多邊形。假設你身處其中一個柏拉圖立體,無論你身處哪一個面,周圍也是一樣的。

而頂點和棱呢?
每個頂點都是由相同數目的棱相交而成。
正四面體:每個頂點都是三個棱的交點
正方體:每個頂點都是三個棱的交點
正八面體:每個頂點都是四個棱的交點
正十二面體:每個頂點都是三個棱的交點
正二十面體:每個頂點都是五個棱的交點

又可這樣說:每個頂點都是由相同數目的面相交而成。
正四面體:每個頂點都是三個等邊三角形相交而成
正方體:每個頂點都是三個正方形相交而成
正八面體:每個頂點都是四個等邊三角形相交而成
正十二面體:每個頂點都是三個正五邊形相交而成
正二十面體:每個頂點都是五個等邊三角形相交而成

在某個柏拉圖立體,無論你站在那一個頂點上觀看,四周的風景也是一樣!

這特性,在我所畫的「六個等邊三個形面的多面體」上是沒有的。那立體,有些頂點是有三個棱相交,有些則有四個。

還有一個性質,不過這個與前面兩個的性質有些不同,這特點嚴格上來說你是要經過計算才可得到,不過直觀上也不會有人質疑:任何兩個相交面的夾角都相等。

事實上,我們需要兩個條件才可清楚定義柏拉圖立體:
1.每個面都是相同的正多邊形。
2.每個頂點都由相同數目的面相交而成。

數學上,除了柏拉圖立體,還有一類立體是用希臘人的名字所命名,那就是阿基米德立體 (Archimedean solid),一共有13種阿基米德立體。圖請看 wikipedia 吧:
http://en.wikipedia.org/wiki/Archimedean_solid

驟眼一看,大家也會發覺阿基半德立體不像柏拉圖立體般對稱。
嘗試用我之前所述的欣賞方法去觀察阿基米得立體,你便會知分別在那裏。

讀到此處,你已清楚理解甚麼是柏拉圖立體,以及實實在在去欣賞這類立體。

我覺得學習一樣東西,不應該只學他的名稱,那有甚麼意思。對於幼稚園、小學生,這還可以,因為我們需要一些字詞去表達我們的意思。但踏入中學後,還可這樣學習嗎?學完這幾個名,然後把摺紙圖樣剪出來製作立體,這就算學了?

香港無人不識曾蔭權這名字,但有幾多人認識曾先生?

只學那名字,稱作柏拉圖立體也好,還是死肥仔立體也好,那又有甚麼關係?

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