Pentagonhexakontaeder
Das Pentagonhexakontaeder ist ein konvexes Polyeder, das sich aus 60 Fünfecken zusammensetzt und zu den Catalanischen Körpern zählt. Es ist der duale Körper zum abgeschrägten Dodekaeder und hat 92 Ecken sowie 150 Kanten.
Die folgenden Bilder zeigen zwei zueinander spiegelbildliche Pentagonhexakontaeder.
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Spiegelvariante 1
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Spiegelvariante 2
Entstehung
Durch Verbinden der Mittelpunkte von jeweils fünf Kanten, die in jeder Raumecke des abgeschrägten Dodekaeders zusammenstoßen, entsteht ein Sehnenfünfeck, dessen Umkreis gleichzeitig Inkreis des Tangentenfünfecks, der Begrenzungsfläche des Pentagonhexakontaeders, ist. Bei diesem speziellen Typ sind alle Flächenwinkel gleich groß (≈ 153°), und es existiert ein einheitlicher Kantenkugelradius.
Nachfolgend bezeichne der Term <math>t</math> den Kosinus des kleineren Zentriwinkels <math>\zeta</math> im zuvor erwähnten Sehnenfünfeck; <math>\Phi</math> sei die Goldene Zahl.
<math>t</math> ist die einzige reelle Lösung der kubischen Gleichung <math>8t^3+8t^2-\Phi^2=0</math>.
- <math> t = \cos \,\zeta = \frac{1}{12} \left(\sqrt[3]{44 + 12\Phi\,(9 + \sqrt{81\Phi-15})} + \sqrt[3]{44 + 12\Phi\,(9 - \sqrt{81\Phi-15})} -4 \right) \approx 0{,}47157563</math>
Sei <math>d</math> die Kantenlänge des abgeschrägten Dodekaeders, so sind die resultierenden Seitenlängen des Tangentenfünfecks gegeben durch
- <math> a = \frac{d\,(1+2t)}{2\,(1-2t^2)\sqrt{2+2t}} </math>
- <math> b = \frac{d}{\sqrt{2+2t}} </math>.
Damit stehen die beiden Seitenlängen im folgenden Verhältnis zueinander:<ref>Mit a sei die längere der beiden Seiten bezeichnet.</ref>
- <math> 2a\left(1-2t^2\right) = b \left(1+2t\right)</math>
Verwandte Polyeder
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Dualer Körper: Abgeschrägtes Dodekaeder
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Einbeschriebenes Dodekaeder
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Einbeschriebenes Ikosaeder
Formeln
Für das Polyeder
| Größen eines Pentagonhexakontaeders mit Kantenlänge a bzw. b<ref name="Formel">Diese Formeln gelten für den Fall <math> 2a\left(1-2t^2\right) = b \left(1+2t\right)</math>.</ref> | |
|---|---|
| Volumen<ref name="tformel">Diese Formel gilt auch für das Pentagonikositetraeder sowie das Pentagondodekaeder, sofern man die entsprechenden Werte für b (kurze Seitenlänge), n (Anzahl der Begrenzungsflächen) sowie t (Kosinus des kleineren Zentriwinkels) einsetzt und ferner beachtet, dass O = n·A und V = 1/3·O·ρ ist.</ref> ≈ 35,42a3 ≈ 189,84b3 |
<math>V = \frac{40a^3(1+t)(2+3t)(1-2t^2)^2}{(1+2t)^3\sqrt{1-2t}} = \frac{5b^3(1+t)(2+3t)}{(1-2t^2)\sqrt{1-2t}} </math> |
| Oberflächeninhalt<ref name="tformel" /> ≈ 53,14a2 ≈ 162,73b2 |
<math>A_O = \frac{120a^2(2+3t)(1-2t^2)}{(1+2t)^2} \sqrt{1-t^2} = \frac{30b^2(2+3t)}{(1-2t^2)} \sqrt{1-t^2} </math> |
| Kantenkugelradius<ref name="tformel" /> | <math>r = \frac{a\,(1-2t^2)}{1-4t^2} \sqrt{2\,(1+t)(1-2t)} = b\,\sqrt{\frac{1+t}{2\,(1-2t)}} </math> |
| Inkugelradius<ref name="tformel" /> | <math>\rho = \frac{a\,(1-2t^2)}{1+2t} \sqrt{\frac{1+t}{(1-t)(1-2t)}} = \frac{b}{2}\, \sqrt{\frac{1+t}{(1-t)(1-2t)}}</math> |
| Flächenwinkel<ref name="tformel" /> ≈ 153° 10′ 43″ |
<math> \cos \, \alpha= \frac{t}{t-1} </math> |
| Sphärizität ≈ 0,98163 |
<math> \Psi = \frac \sqrt [3] {36 \,\pi \,V^{2}} {A_O} </math> |
Für die Begrenzungsflächen
| Größen des Tangentenfünfecks<ref name="Formel" /> | |
|---|---|
| Flächeninhalt<ref name="tformel" /> | <math> A = \frac{2a^2(2+3t)(1-2t^2)}{(1+2t)^2} \sqrt{1-t^2} = \frac{b^2(2+3t)}{2\,(1-2t^2)} \sqrt{1-t^2}</math> |
| Inkreisradius<ref name="tformel" /> | <math> r = \frac{a\,(1-2t^2)}{1+2t}\sqrt{\frac{1+t}{1-t}} = \frac{b}{2}\,\sqrt{\frac{1+t}{1-t}}</math> |
| Diagonale<ref name="tformel" /> <math>\|\, b </math> | <math> e = 2a\,(1-2t^2) = b\,(1+2t)</math> |
| Stumpfe Winkel<ref name="tformel" />(4) ≈ 118° 8′ 12″ |
<math> \cos \, \alpha = -t </math> |
| Spitzer Winkel (1) ≈ 67° 27′ 13″ |
<math> \cos \, \beta = 1 - 2\,(1-2t^2)^2 </math> |
Anwendung
In den USA ist ein Verfahren patentiert, bei dem 92 der insgesamt 332 Vertiefungen („dimples“) eines Golfballs auf den Gitterpunkten eines Pentagonhexakontaeders liegen.<ref>Patent US6527653B2: Pentagonal hexecontahedron dimple pattern on golf balls. Angemeldet am 5. März 2001, veröffentlicht am 4. März 2003, Anmelder: Acushnet Co, Erfinder: Douglas C. Winfield, Steven Aoyama.</ref>
Anmerkungen und Einzelnachweise
<references />
Weblinks
- Eric W. Weisstein: Pentagonhexakontaeder. In: MathWorld (englisch).
- Lichtkunst in einem Pentagonhexakontaederkristall
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