Пра́вильный додека́эдр (от др.-греч. δώδεκα — «двенадцать» и εδρον — «грань») — один из пяти возможных правильных многогранников. Додекаэдр составлен из двенадцати правильных пятиугольников^[1], являющихся его гранями. 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).

История

Пожалуй, самый древний предмет в форме додекаэдра был найден в северной Италии, около Падуи, в конце XIX века, он датируется 500 г. до н. э. и предположительно использовался этрусками в качестве игральной кости^[2][3].

Додекаэдр рассматривали в своих сочинениях древнегреческие учёные. Платон сопоставлял с правильными многогранниками различные классические стихии. О додекаэдре Платон писал, что «…его бог определил для Вселенной и прибегнул к нему в качестве образца»^[4]. Евклид в предложении 17 книги XIII «Начал» строит додекаэдр на рёбрах куба^{[5][6]:132-136}. Папп Александрийский в «Математическом собрании» занимается построением додекаэдра, вписанного в данную сферу, попутно доказывая, что вершины додекаэдра лежат в параллельных плоскостях^{[7][6]:318-319[8]}.

На территории нескольких европейских стран найдено множество предметов, называемых римскими додекаэдрами, относящихся ко II—III вв. н. э., назначение которых не совсем понятно.

Основные формулы

Если за длину ребра принять ${\displaystyle a}$, то площадь поверхности додекаэдра равна

${\displaystyle S=3a^{2}{\sqrt {5(5+2{\sqrt {5}})}}\approx 20{,}65a^{2}}$

Объём додекаэдра:

${\displaystyle V={\frac {a^{3}}{4}}(15+7{\sqrt {5}})\approx 7{,}66a^{3}}$

Радиус описанной сферы^[9]:

${\displaystyle R={\frac {a}{4}}(1+{\sqrt {5}}){\sqrt {3}}\approx 1{,}4a}$

Радиус вписанной сферы^[9]:

${\displaystyle r={\frac {a}{4}}{\sqrt {10+{\frac {22}{\sqrt {5}}}}}\approx 1{,}11a}$

Свойства

• Все двадцать вершин додекаэдра лежат по пять в четырёх параллельных плоскостях, образуя в каждой из них правильный пятиугольник.
• Двугранный угол между любыми двумя смежными гранями додекаэдра равен arccos(-1/√5)≈116°,565^[9].
• Сумма плоских углов при каждой из 20 вершин равна 324°, телесный (трёхгранный) угол равен arccos(-11/5√5)≈2,9617 стерадиан.
• В додекаэдр можно вписать куб так, что стороны куба будут диагоналями додекаэдра.
• Додекаэдр имеет три звёздчатые формы.
• В додекаэдр можно вписать пять кубов. Если заменить пятиугольные грани додекаэдра плоскими пятиугольными звездами так, что исчезнут все ребра додекаэдра, то получим пространство пяти пересекающихся кубов. Додекаэдр как таковой исчезнет. Вместо замкнутого многогранника появится открытая геометрическая система пяти ортогональностей. Или симметричное пересечение пяти трехмерных пространств.

Элементы симметрии додекаэдра

• Додекаэдр имеет центр симметрии и 15 осей симметрии. Каждая из осей проходит через середины противолежащих параллельных ребер.
• Додекаэдр имеет 15 плоскостей симметрии. Любая из плоскостей симметрии проходит в каждой грани через вершину и середину противоположного ребра.

Интересные факты

• Форму, близкую к додекаэдру, имеет описанная Эрнстом Геккелем в 1887 году радиолярия Circorrhegma dodecahedra^[10].
• В 2003 году, при анализе данных космического аппарата WMAP, была выдвинута гипотеза, что Вселенная представляет собой додекаэдрическое пространство Пуанкаре^[11][12][13].

В культуре

• Додекаэдр применяется как генератор случайных чисел (вместе с другими костями) в настольных ролевых играх^[14], и обозначается при этом d12 (dice — кости).
• Изготавливаются настольные календари в форме додекаэдра из бумаги, где каждый из двенадцати месяцев расположен на одной из граней^[14].
• В игре Пентакор мир представлен в виде этой геометрической фигуры^{[источник не указан 759 дней]}.
• В играх «Sonic the Hedgehog 3» и «Sonic & Knuckles» серии Sonic the Hedgehog вид додекаэдра имеют Изумруды Хаоса^{[источник не указан 759 дней]}.
• В игре «Destiny» форму додекаэдра имеют энграммы^{[источник не указан 759 дней]}.

См. также

• Пентагондодекаэдр — неправильный додекаэдр
• Римский додекаэдр
• Мегаминкс
• Ромбододекаэдр
• Ромбоикосододекаэдр
• Двенадцатигранники

Примечания