Un poliedro de Johnson o un cuerpo de Johnson es un poliedro convexo , cada una de cuyas caras es un polígono regular , y al mismo tiempo no es ni un sólido platónico , ni un sólido de Arquímedes , ni un prisma , ni un antiprisma . Hay 92 cuerpos de Johnson en total.
Un ejemplo de cuerpo Johnson es una pirámide de base cuadrada y lados en forma de triángulos regulares ( J 1 (M 2 ) . Tiene 1 cara cuadrada y 4 triangulares.
Como todo cuerpo estrictamente convexo, estos poliedros tienen al menos tres caras contiguas a cada vértice y la suma de sus ángulos (contiguos al vértice) es inferior a 360º. Debido a que los polígonos regulares tienen ángulos de al menos 60º, un máximo de cinco caras pueden tocar un vértice. La pirámide pentagonal ( J 2 ) es un ejemplo que tiene un vértice de orden cinco (es decir, con cinco caras).
Aunque no existe una restricción explícita sobre los polígonos regulares que pueden servir como caras de los sólidos de Johnson, de hecho, las caras solo pueden tener 3, 4, 5, 6, 8 o 10 lados, y cualquier sólido de Johnson tiene caras triangulares (al menos cuatro).
De los sólidos de Johnson, el bicúpolo rotado alargado de cuatro pendientes ( J 37 ), también llamado pseudorombicuboctaedro [1] , es el único que tiene la propiedad de uniformidad de vértice local: hay 4 caras en cada vértice y su disposición es lo mismo - 3 cuadrados y 1 triángulo. Sin embargo, el cuerpo no es de vértice transitivo, ya que tiene diferentes isometrías en diferentes vértices, lo que lo convierte en un cuerpo de Johnson y no de Arquímedes .
En 1966, Norman Johnson publicó una lista que incluía los 92 cuerpos y les dio nombres y números. Él planteó la hipótesis de que solo hay 92 de ellos, es decir, no hay otros.
Anteriormente, en 1946, L. N. Esaulova envió una carta a A. D. Aleksandrov , en la que demostraba que solo puede existir un número finito de poliedros regulares (excepto 5 poliedros regulares, 13 semirregulares y dos series infinitas (prismas y antiprismas). En 1961 Aleksandrov entregó esta carta a V. A. Zalgaller, posiblemente debido a la nota de Johnson de 1960 [2] .
En 1967, Victor Zalgaller publicó pruebas de que la lista de Johnson estaba completa. Un grupo de escolares de la escuela N° 239 estuvo involucrado en la decisión . La prueba completa tomó alrededor de 4 años con la participación de la tecnología informática . La prueba también hizo un uso significativo del teorema de los poliedros convexos de Aleksandrov .
Los nombres de los cuerpos de Johnson tienen mucho poder descriptivo. La mayoría de estos sólidos se pueden construir a partir de múltiples sólidos ( pirámides , cúpulas y rotondas ) agregando sólidos platónicos y de Arquímedes , prismas y antiprismas .
Las últimas tres operaciones, incrementar , truncar y rotar , se pueden realizar más de una vez en poliedros suficientemente grandes. Para operaciones realizadas dos veces, se suma dos veces . ( Un cuerpo torcido dos veces tiene dos cúpulas torneadas.) Para operaciones realizadas tres veces, agregue tres veces . ( Se han quitado tres pirámides o cúpulas del cuerpo cortado tres veces ).
A veces la palabra dos veces no es suficiente. Es necesario distinguir los cuerpos en los que se han modificado dos caras opuestas de los cuerpos en los que se han modificado otras caras. Cuando las caras modificadas son paralelas, se agrega lo contrario al nombre . ( Un cuerpo extendido doblemente opuesto tiene dos caras paralelas (opuestas) con cuerpos agregados). Si los cambios se refieren a caras que no son opuestas, se agrega oblicuo al nombre . ( Un cuerpo doblemente sesgado tiene dos caras con cuerpos agregados, pero las caras no son opuestas).
Varios nombres se derivan de los polígonos a partir de los cuales se ensambla el cuerpo de Johnson.
Si un mes se define como un grupo de dos triángulos unidos a un cuadrado, la palabra corona en cuña corresponde a un grupo en forma de corona en forma de cuña formado por dos meses. La palabra dos clinoides o dos clínicas significa dos de esos grupos.Este artículo utiliza los títulos del artículo de Zalgaller [3] . Junto con los números de poliedro dados por Johnson, el número compuesto del artículo de Zalgaller se da entre paréntesis. En este número compuesto
P n denota un prisma con una base n -gonal. Y n denota un antiprisma de base n -gonal. M n denota un cuerpo con índice n (es decir, en este caso, el cuerpo está construido sobre la base de otro cuerpo). Subrayado significa rotación del cuerpo.Nota : M n no es lo mismo que J n . Así, la pirámide cuadrada J 1 (M 2 ) tiene índice 1 para Johnson e índice 2 para Zalgaller.
Los dos primeros cuerpos de Johnson, J 1 y J 2 , son pirámides . La pirámide triangular es un tetraedro regular , por lo que no es un sólido de Johnson.
correcto | J1 ( M2 ) _ | J 2 (M 3 ) |
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Pirámide triangular ( Tetraedro ) |
pirámide cuadrada | Pirámide pentagonal |
Los siguientes cuatro poliedros son tres cúpulas y una rotonda .
cúpulas | rotondas | |||
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Homogéneo | J3 ( M4 ) _ | J4 ( M5 ) _ | J5 ( M6 ) _ | J6 ( M9 ) _ |
prisma triangular | cúpula de tres pendientes | cúpula de cuatro tonos | cúpula de cinco pendientes | rotonda de cinco pendientes |
Poliedros uniformes relacionados | ||||
cuboctaedro | Rombicuboctaedro | Rombicosidodecaedro | icosidodecaedro | |
Los siguientes cinco poliedros de Johnson son pirámides alargadas alargadas y torcidas. Representan el pegado de dos poliedros. En el caso de una pirámide triangular alargada por torsión, tres pares de triángulos adyacentes son coplanares, por lo que el cuerpo no es un poliedro de Johnson.
Pirámides alargadas (o prismas alargados) |
Pirámides alargadas retorcidas (o antiprismas aumentados) | ||||
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J 7 (M 1 + P 3 ) | J 8 (M 2 + P 4 ) | J 9 (M 3 + P 5 ) | coplanario | J 10 (M 2 + A 4 ) | J 11 (M 3 + A 5 ) |
Pirámide triangular alargada | Pirámide cuadrangular alargada | Pirámide pentagonal alargada | Pirámide triangular alargada retorcida | Pirámide cuadrangular alargada retorcida | Pirámide pentagonal alargada torcida |
Prisma triangular extendido | cubo aumentado | Prisma pentagonal extendido | octaedro aumentado | Antiprisma cuadrado aumentado | Antiprisma pentagonal extendido |
Derivado de poliedros | |||||
prisma triangular tetraedro |
cubo piramidal cuadrado |
Prisma pentagonal de pirámide pentagonal |
tetraedro octaedro |
Antiprisma cuadrado piramidal cuadrado |
pirámide pentagonal antiprisma pentagonal |
Los siguientes poliedros de Johnson son bipirámides , bipirámides alargadas y bipirámides alargadas retorcidas :
Bipirámides | Bipirámides alargadas | Bipirámides alargadas retorcidas | ||||||
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J 12 (2M 1 ) | correcto | J 13 (2M 3 ) | J 14 (M 1 + P 3 + M 1 ) | J 15 (M 2 + P 4 + M 2 ) | J 16 (M 3 + P 5 + M 3 ) | coplanario | J 17 (M 2 + A 4 + M 2 ) | correcto |
bipirámide triangular | bipirámide cuadrada ( octaedro ) |
Bipirámide pentagonal | Bipirámide triangular alargada | Bipirámide cuadrangular alargada | Bipirámide pentagonal alargada | Bipirámide triangular alargada retorcida ( romboedro ) |
Bipirámide cuadrangular alargada retorcida | Bipirámide pentagonal alargada retorcida ( icosaedro ) |
Derivado de poliedros | ||||||||
tetraedro | pirámide cuadrada | Pirámide pentagonal | prisma triangular tetraedro |
cubo piramidal cuadrado |
Prisma pentagonal de pirámide pentagonal |
tetraedro octaedro |
Pirámide cuadrada Antiprisma cuadrangular |
Pirámide pentagonal Antiprisma pentagonal |
Cúpulas alargadas | rotonda alargada | Cúpulas alargadas retorcidas | rotonda alargada retorcida | ||||||
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coplanario | J 18 (M 4 + P 6 ) | J 19 (M 5 + P 8 ) | J 20 (M 6 + P 10 ) | J 21 (M 9 + P 10 ) | Cóncavo | J 22 (M 4 + A 6 ) | J 23 (M 5 + A 8 ) | J 24 (M 6 + A 10 ) | J 25 (M 9 + A 10 ) |
Cúpula a dos aguas alargada | Cúpula triangular alargada | Cúpula a cuatro aguas alargada | Cúpula alargada de cinco lados | rotonda alargada de cinco pendientes | Cúpula a dos aguas alargada torcida | Cúpula triangular alargada retorcida | Cúpula torcida alargada de cuatro tonos | Cúpula torcida alargada de cinco tonos | rotonda alargada torcida de cinco pendientes |
Derivado de poliedros | |||||||||
Prisma cuadrado Prisma triangular |
prisma hexagonal |
Prisma octogonal |
Prisma decagonal Cúpula de cinco lados |
prisma decagonal |
Antiprisma cuadrangular Prisma triangular |
Antiprisma hexagonal |
Antiprisma octogonal Cúpula de cuatro aguas |
Antiprisma decagonal Cúpula de cinco vertientes |
Antiprisma decagonal Rotonda de cinco lados |
Los bicúpolos triangulares rotados son poliedros semirregulares (en este caso, sólidos de Arquímedes ), por lo que no pertenecen a la clase de politopos de Johnson.
cúpulas rectas | cúpulas giradas | ||||||
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coplanario | J 27 (2M 4 ) | J 28 (2M 5 ) | J 30 (2M 6 ) | J 26 (P 3 + P 3 ) | semi-correcto | J 29 (M 5 + M 5 ) | J 31 (M 6 + M 6 ) |
Bicúpula recta a dos aguas | Bi-domo recto de tres vertientes | Bi-domo recto de cuatro pendientes | Bi-domo recto de cinco pendientes | Bicúpula torneada a dos aguas ( gyrobifastigium ) |
Bicúpolo rotado triangular ( cuboctaedro ) |
Bi-domo torneado de cuatro pendientes | Bi-domo de cinco pendientes |
Derivado de poliedros | |||||||
copalorotunda | birotundas | ||
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J 32 (M 6 + M 9 ) | J 33 (M 6 + M 9 ) | J 34 (2M 9 ) | semi-correcto |
Cúpula recta de cinco vertientes | Cúpula torneada de cinco vertientes-orotonda | Birotunda recta de cinco pendientes | Birotunda icosidodecaedro rotado de cinco lados |
Derivado de poliedros | |||
Cúpula de cinco vertientes Rotonda de cinco vertientes |
rotonda de cinco pendientes | ||
Bicúpolos rectos alargados | Bi-cúpulas rotadas alargadas | ||||||
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coplanario | J 35 (M 4 + P 6 + M 4 ) | semi-correcto | J 38 (M 6 + P 10 + M 6 ) | coplanario | J 36 (M 4 + P 6 + M 4 ) | J 37 (M 5 + P 8 + M 5 ) | J 39 (M 6 + P 10 + M 6 ) |
Bi-domo recto a dos aguas alargado | Bi-domo recto alargado de tres pendientes | Bicúpolo recto cuadrado alargado ( rombicuboctaedro ) |
Bi-domo recto alargado de cinco pendientes | Bi-cúpula rotada de doble pendiente alargada | Bi-domo rotado de tres pendientes alargado | Bi-domo rotado de cuatro pendientes alargado | Bi-domo alargado de cinco pendientes convertido |
cúpula alargada-orotonda | Birotondas alargadas | ||
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J 40 (M 6 + P 10 + M 9 ) | J 41 (M 6 + P 10 + M 9 ) | J 42 (M 9 + P 10 + M 9 ) | J 43 (M 9 + P 10 + M 9 ) |
Cúpula recta alargada de cinco vertientes | Cúpula torneada alargada de cinco vertientes | Birotunda recta alargada de cinco vertientes | Birotunda alargada de cinco pendientes convertida |
Los siguientes sólidos de Johnson tienen dos formas quirales .
Bi-cúpulas alargadas retorcidas | Cúpula alargada retorcida | Birotunda alargada torcida | |||
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no convexo | J 44 (M 4 + A 6 + M 4 ) | J 45 (M 5 + A 8 + M 5 ) | J 46 (M 6 + A 10 + M 6 ) | J 47 (M 6 + A 10 + M 9 ) | J 48 (M 9 + A 10 + M 9 ) |
Bi-cúpula a dos aguas alargada retorcida | Bi-cúpula alargada retorcida de tres pendientes | Bi-cúpula alargada torcida de cuatro tonos | Bi-cúpula alargada torcida de cinco pendientes | Cúpula torcida alargada de cinco vertientes | Birotunda alargada torcida de cinco vertientes |
Derivado de poliedros | |||||
Prisma triangular Antiprisma cuadrangular |
Cúpula tri-pendiente Antiprisma hexagonal |
Cúpula de cuatro aguas Antiprisma octogonal |
Cúpula de cinco vertientes Antiprisma decagonal |
Cúpula de cinco vertientes Rotonda de cinco vertientes Antiprisma decagonal |
Rotonda de cinco vertientes Antiprisma decagonal |
J 7 (M 1 + P 3 ) (repetidamente) |
J 49 (P 3 + M 2 ) | J 50 (P 3 + 2M 2 ) | J 51 (P 3 + 3M 2 ) | |
---|---|---|---|---|
Pirámide triangular alargada | Prisma triangular extendido | Prisma triangular doblemente extendido | Prisma triangular triple extendido | |
Derivado de poliedros | ||||
prisma triangular tetraedro |
Prisma triangular Pirámide cuadrada | |||
Prismas pentagonales extendidos | Prismas hexagonales extendidos | ||||
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J 52 (P 5 + M 2 ) | J 53 (P 5 + 2M 2 ) | J 54 (P 6 + M 2 ) | J 55 (M 2 + P 6 + M 2 ) | J 56 (P 6 + 2M 2 ) | J 57 (P 6 + 3M 2 ) |
Prisma pentagonal extendido | Prisma pentagonal doblemente extendido | Prisma hexagonal extendido | Prisma hexagonal extendido de doble opuesto | Prisma hexagonal doblemente extendido oblicuamente | Prisma hexagonal triple extendido |
Derivado de poliedros | |||||
Prisma pentagonal Pirámide cuadrada |
Prisma hexagonal Pirámide cuadrada | ||||
Derecha | J 58 (M 15 + M 3 ) | J 59 (M 3 + M 15 + M 3 ) | J 60 (M 15 + 2M 3 ) | J 61 (M 15 + 3M 3 ) |
---|---|---|---|---|
Dodecaedro | dodecaedro aumentado | Dodecaedro doblemente extendido | Dodecaedro doblemente extendido | Dodecaedro Triple Aumentado |
Derivado de poliedros | ||||
Dodecaedro y pirámide pentagonal | ||||
Derecha | J 11 (M 3 + A 5 ) (repetidamente) |
J 62 (M 7 +M 3 ) | J 63 (M 7 ) | J 64 (M 7 + M 1 ) |
---|---|---|---|---|
icosaedro | Corte el icosaedro ( pirámide pentagonal alargada retorcida ) |
Doble icosaedro cortado oblicuamente | Icosaedro de corte triple | Icosaedro de corte triple aumentado |
Derivado de poliedros | ||||
Icosaedro de triple corte , pirámide pentagonal y tetraedro | ||||
J 65 (M 10 + M 4 ) | J 66 (M 11 + M 5 ) | J 67 (M 5 + M 11 + M 5 ) |
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Tetraedro truncado aumentado | Cubo truncado aumentado | Cubo truncado doblemente aumentado |
Derivado de poliedros | ||
tetraedro truncado |
Cubo truncado | |
semi-correcto | J 68 (M 6 + M 12 ) | J 69 (M 6 + M 12 + M 6 ) | J 70 (M 12 + 2M 6 ) | J 71 (M 12 + 3M 6 ) |
---|---|---|---|---|
dodecaedro truncado | Dodecaedro truncado aumentado | Dodecaedro truncado dodecaedro doblemente extendido | dodecaedro dodecaedro | Dodecaedro truncado de triple aumento |
J 72 ( METRO 6 + METRO 14 + METRO 6 = METRO 6 + METRO 13 + 2M 6 ) | J 73 ( M 6 + M 14 + M 6 ) | J 74 (2 M 6 + M 13 + M 6 ) | J 75 (3 M 6 + M 13 ) |
---|---|---|---|
Rombicosidodecaedro retorcido | Rombicosidodecaedro doblemente torcido | Rombicosidodecaedro doblemente torcido | Rombicosidodecaedro tritorcido |
J 76 (M 6 + M 14 = 2M 6 + M 13 ) | J 77 (M 14 + M 6 ) | J 78 (M 13 + M 6 + M 6 ) | J 79 (M 13 +2 M 6 ) |
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Cortar rombicosidodecaedro | Rombicosidodecaedro truncado con torsión opuesta | Rombicosidodecaedro truncado torcido oblicuamente | Rombicosidodecaedro truncado doblemente torcido |
J 80 (M 14 ) | J 81 (M 13 + M 6 ) | J 82 (M 14 + M 6 ) | J 83 (M 13 ) |
Rombicosidodecaedro de doble corte opuesto | El rombicosidodecaedro cortado dos veces oblicuamente | Rombicosidodecaedro torcido de doble corte | Rombicosidodecaedro trisecado |
Los antiprismas chatos se pueden construir alterando antiprismas truncados. Dos cuerpos son poliedros de Johnson, un cuerpo es regular y el resto no se puede construir usando triángulos regulares.
J 84 (M 25 ) | Derecha | J 85 (M 28 ) | Equivocado |
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el cuerpo de johnson | Derecha | el cuerpo de johnson | Cóncavo |
snub biclinoid ss{2,4} |
icosaedro ss{2,6} |
Snub cuadrado antiprisma ss{2,8} |
s{2,10} |
imposible de construir a partir de triángulos regulares |
J 86 (M 22 ) | J 87 (M 22 + M 3 ) | J 88 (M 23 ) | |
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corona de cuña | Corona de cuña extendida | Corona de cuña grande | |
J 89 (M 21 ) | J 90 (M 24 ) | J 91 (M 8 ) | J 92 (M 20 ) |
Corona de cuña grande aplanada | biclínico con cinturón | serporotonda doble | Clinorotonda triangular aplanada |
Los cinco poliedros de Johnson son deltaedros , lo que significa que todas sus caras son triángulos regulares:
J 12 (2M 1 ) Bipirámide triangular J 13 (2M 3 ) Bipirámide pentagonal J 17 (M 2 + A 4 + M 2 ) Bipirámide cuadrangular alargada torcida | J 51 (P 3 + 3M 2 ) Prisma triangular triple prolongado J 84 (M 25 ) Dos clinoides de punta plana |
Veinticuatro politopos de Johnson tienen solo caras triangulares y cuadriláteras:
Once sólidos de Johnson solo tienen caras triangulares y pentagonales:
J 2 (M 3 ) Pirámide pentagonal J 11 (M 3 + A 5 ) Pirámide pentagonal alargada torcida J 34 (2M 9 ) Birotunda recta de cinco pendientes J 48 (M 9 + A 10 + M 9 ) Birotunda alargada torcida de cinco vertientes J 58 (P 15 + M 3 ) Dodecaedro extendido J 59 (M 3 + M 15 + M 3 ) Dodecaedro doblado en sentido opuesto |
J 60 (M 15 + 2M 3 ) Dodecaedro doblado oblicuamente J 61 (M 15 + 2M 3 ) Dodecaedro triple extendido J 62 (M 7 +M 3 ) Doble icosaedro cortado oblicuamente J 63 (M 7 ) Icosaedro cortado tres veces J 64 (M 7 + M 1 ) Icosaedro de corte triple extendido |
Los ocho poliedros de Johnson solo tienen caras triangulares, cuadradas y hexagonales:
J 3 (M 4 ) Cúpula de tres aguas J 18 (M 4 + P 6 ) Domo alargado de tres pendientes J 22 (M 4 + A 6 ) Domo de tres pendientes alargado torcido J 54 (P 6 + M 2 ) Prisma hexagonal prolongado |
J 55 (M 2 + P 6 + M 2 ) Prisma hexagonal doble de extensión opuesta J 56 (P 6 +2M 2 ) Prisma hexagonal doblemente extendido oblicuamente J 57 (P 6 + 3M 2 ) Prisma hexagonal triple prolongado J 65 (M 10 + M 4 ) Tetraedro truncado extendido |
Los cinco poliedros de Johnson tienen solo caras triangulares, cuadradas y octogonales:
J 4 (M 5 ) Cúpula de cuatro aguas J 19 (M 5 + P 8 ) Cúpula alargada de cuatro aguas J 23 (M 5 + A 8 ) Cúpula torcida alargada de cuatro aguas |
J 66 (M 11 + M 5 ) Cubo truncado extendido J 67 (M 5 + M 11 + M 5 ) Cubo truncado doblemente prolongado |
25 Los politopos de Johnson tienen vértices que se encuentran en la misma esfera: 1-6, 11, 19, 27, 34, 37, 62, 63, 72-83. Todos estos poliedros se pueden obtener a partir de poliedros regulares o uniformes por rotación (cúpula) o por corte (cúpula o pirámide) [4] .
Octaedro | cuboctaedro | Rombicuboctaedro | |||
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J1 ( M2 ) _ |
J3 ( M4 ) _ |
J 27 (2M 4 ) |
J4 ( M5 ) _ |
J 19 (M 5 + P 8 ) |
J 37 (M 5 + P 8 + M 5 ) |
icosaedro | icosidodecaedro | ||||
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J 2 (M 3 ) |
J 63 (M 7 ) |
J 62 (M 7 +M 3 ) |
J 11 (M 3 + A 5 ) |
J6 ( M9 ) _ |
J 34 (2M 9 ) |
J5 ( M6 ) _ |
J 76 (M 6 + M 14 ) |
J 80 (M 14 ) |
J 81 (M 13 + M 6 ) |
J 83 (M 13 ) |