MathProf - Spezielle Polyeder (Johnson-Polyeder) (3D)

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MathProf 5.0 - Mathematik interaktiv

 

Spezielle Polyeder (Johnson-Polyeder) (3D)

 

Das Unterprogramm [Geometrie] - Spezielle Polyeder ermöglicht die Darstellung von Johnson- wie auch anderer Polyeder.

 

MathProf - Polyeder - 3D

 

Ein Polyeder ist ein dreidimensionaler Körper, der durch eine endliche Zahl ebener Flächen (Polygone) begrenzt ist. Diese sind über Kanten und Ecken miteinander verbunden. Je zwei Flächen besitzen eine gemeinsame Kante. Die Schnittpunkte der Kanten von drei, oder mehr Polygonen bilden die Ecken des Polyeders. In ihnen berühren sich stets drei, oder mehr Polyederflächen. Gilt für sämtliche Ecken eines Polyeders, dass die Summe der Flächenwinkel der Flächen, die diese Ecken bilden, kleiner als 360° ist, so bezeichnet man ihn als konvex.

 

Johnson-Polyeder sind streng konvexe Polyeder, welche ausschließlich aus regelmäßigen Vielecken bestehen, jedoch weder Platonische Körper, Archimedische Körper, Prismen noch Antiprismen sind. 1966 veröffentlichte Norman Johnson eine Liste 92 derartiger Polyeder, die nicht in einfachere Polyeder ihrer Art zerlegbar sind. Dieses Programmmodul ermöglicht die Betrachtung all derer.

 

Neben Platonischen, Archimedischen und Johnson-Körpern gibt es weitere konvexe Körper, die von regelmäßigen Vielecken begrenzt werden. Einige dieser (u.a. Catalansche Polyeder) können Sie sich in diesem Unterprogramm ebenfalls ansehen.

 

MathProf - Johnson - Polyeder

 

Darstellung

Spezielle Polyeder können Sie sich darstellen lassen, wenn Sie, wie nachfolgend geschildert, vorgehen:
 

  1. Wählen Sie durch die Fokussierung eines Eintrags, in der linksseitig, bzw. mittig angeordneten Tabelle unter Auswahl, den darzustellenden Körper.
     
  2. Wählen Sie mit Hilfe der aufklappbaren Auswahlbox Auswahl die Art, wie Sie Körper dargestellt bekommen möchten. Hierzu stehen die unten aufgeführten Möglichkeiten zur Verfügung.
     
  3. Klicken Sie auf die Schaltfläche Darstellen.
     
  4. Möchten Sie eine transparente Darstellung der Polygonflächen, so bedienen Sie die Schaltfläche B auf dem Bedienformular, aktiveren den Kontrollschalter Transparent und bestätigen mit Ok. Um in das Innere eines Polygons zu sehen, bedienen Sie die Schaltfläche F auf dem Bedienformular und positionieren den auf dem erscheinenden Unterformular zur Verfügung stehenden Rollbalken Flächenanzahl.

In der rechtsseitig angeordneten Tabelle werden die Koordinatenwerte der Eckpunkte des entsprechenden Polyeders ausgegeben.

 

Hinweis:

Die Ausgabe der Darstellung kann auch durch Ausführung eines Doppelklicks auf einen entsprechenden Eintrag in der linksseitig, bzw. mittig angeordneten Tabelle eingeleitet werden.

 

Darstellung - Optionen

 

Im Formularbereich Darstellung können Sie durch die Aktivierung bzw. Deaktivierung der entsprechenden Kontrollkästchen folgende Einstellungen vornehmen, die bei Ausgabe der grafischen Darstellung der Zusammenhänge wirksam werden:
 

  • Punkte: Darstellung der Eckpunkte des Körpers ein-/ausschalten

  • Punkte als Kugeln: Darstellung der Eckpunkte des Körpers als (kleine) Kugeln ein-/ausschalten

  • Punkte beschriften: Beschriftung der Eckpunkte des Körpers ein-/ausschalten

Durch die Bedienung der aufklappbaren Auswahlbox Auswahl in diesem Formularbereich werden zudem folgende Optionen zur Verfügung gestellt, das Layout eines dargestellten Körpers zu beeinflussen:
 

  • Gefüllt - Kanten als Rohre: Darstellung der Körperkanten als Rohre inkl. der Füllung von Flächen

  • Gefüllt - Kanten als Linien: Darstellung der Körperkanten als Linien inkl. der Füllung von Flächen

  • Gefüllt - Ohne Kantenmarkierung: Darstellung der Körperkanten, ohne Begrenzungsmarkierung inkl. der Füllung von Flächen

  • Rohrgitterdarstellung: Darstellung eines Körpers in Form eines Rohrgittermodells, ohne die Füllung von Flächen

  • Liniengitterdarstellung:  Darstellung eines Körpers in Form eines Liniengittermodells, ohne die Füllung von Flächen

Darstellung - Bedienhinweise

 

MathProf - Polyeder - Raum

 

In diesem Unterprogramm besteht die Möglichkeit, sich Darstellungen auf folgende Art und Weise ausgeben zu lassen:
 

  • Standard: Statische Darstellung von Polyedern im Raumkoordinatensystem (voreingestellt)

  • Man.: Manuelle Drehung und Verschiebung von Polyedern im Raumkoordinatensystem, durch die Bedienung von Rollbalken

  • Autosim.: Drehung und Verschiebung von Polyedern im Raumkoordinatensystem, durch die Ausführung einer Autosimulation

Nach einer Aktivierung der Kontrollschalter Man. bzw. Autosim. werden Rollbalken mit nachfolgend aufgeführten Bezeichnungen zur Verfügung gestellt, bei deren Bedienung Folgendes durchgeführt wird:
 

  • α: Drehung des Polyeders, um den eingestellten Winkel, um die x-Achse

  • β: Drehung des Polyeders, um den eingestellten Winkel, um die y-Achse

  • γ: Drehung des Polyeders, um den eingestellten Winkel, um die z-Achse

  • x: Verschiebung des Polyeders, um den eingestellten Wert, entlang der x-Achse

  • y: Verschiebung des Polyeders, um den eingestellten Wert, entlang der y-Achse

  • z: Verschiebung des Polyeders, um den eingestellten Wert, entlang der z-Achse

Bzgl. der Funktionalität von Schaltflächen gilt es Folgendes zu berücksichtigen:

 

Schaltfläche Start Sim.:

 

Nach einer Bedienung der Schaltfläche Start Sim. werden die Farben der Polyederflächen vom Programm mit Hilfe eines Zufallsgenerators erzeugt, ansonsten verwendet es die durch Konfiguration voreingestellten Flächenfüllfarben.

 

Schaltfläche Start Rot.:

 

Wurde der Kontrollschalter Autosim. aktiviert, so führt das Programm nach einer Bedienung der Schaltfläche Start Rot. eine Autosimulation durch und bewegt den entsprechenden Polyeder entlang der gewählten Achse(n), bzw. dreht ihn um diese. Alle gewählten Bewegungen werden gleichzeitig und gemeinsam ausgeführt. Für die Auswahl der auszuführenden Bewegungen wird ein Bedienformular zur Verfügung gestellt. Auf diesem wählen Sie, durch die Aktivierung der entsprechenden Kontrollkästchen, die Art der durchzuführenden Simulationen. Mit Hilfe des Rollbalkens Rotationsgeschwindigkeit legen Sie die bei Durchführung der Simulation zu verwendende Rotationsgeschwindigkeit fest. Bedienen Sie hierauf die Schaltfläche Ok, so wird die Simulation ausgeführt. Beenden können Sie diese wieder, wenn Sie die Schaltfläche Stop Rot. bedienen.

 

Rollbalken Bereich:

 

Durch die Positionierung des Rollbalkens im Formularbereich Bereich-Auswahl legen Sie den zur grafischen Ausgabe zu verwendenden Darstellungsbereich fest.

 

Schaltfläche F:

 

Flächenfüllfarben können Sie festlegen, indem Sie die Schaltfläche F bedienen. Aktivieren Sie hierauf den entsprechenden Kontrollschalter zur Auswahl des Vielecks, dem die Farbwerte zugewiesen werden sollen und bewegen Sie die drei zur Verfügung stehenden Schieberegler zur Einstellung der RGB-Werte (Rot, Grün, Blau) bis die entsprechende Füllfarbe im gewünschten Farbton angezeigt wird. Bedienen Sie hierauf die Schaltfläche Ok. Sollen diese Farbeinstellungen sitzungsübergreifend gespeichert werden, so aktivieren Sie zuvor das Kontrollkästchen Speichern. Diese Farbeinstellungen werden nur verwendet, wenn keine Farbsimulation aktiviert wurde.

 

Schaltfläche B:

 

Nach der Ausführung eines Klicks auf die Schaltfläche B kann durch die Aktivierung des Kontrollschalters Solide oder Transparent festgelegt werden, ob die Füllung der Polyederflächen solide oder transparent erfolgen werden soll.

 

Allgemein

 

Grundlegendes zum Umgang mit dem Programm bei der Ausgabe dreidimensionaler grafischer Darstellungen erfahren Sie unter Dreidimensionale Grafiken - Handling. Wie Sie das Layout einer 3D-Darstellung konfigurieren können, erfahren Sie unter 3D-Layoutkonfiguration.

 

Weitere Themenbereiche

 

Archimedische Körper

Platonische Körper

 

Beispiel

 

Aktivieren Sie die Kontrollkästchen Punkte darstellen und Punkte beschriften. Deaktivieren Sie das Kontrollkästchen Punkte als Kugeln und selektieren Sie aus der unten angeordneten Auswahlbox den Eintrag Gefüllt - Kanten als Linien. Führen Sie einen Doppelklick auf den Eintrag Johnson Polyeder Nr. 8 in der linksseitig angeordneten Tabelle aus. Das Programm stellt diesen Polyeder dar und gibt aus:

 

Name des Polyeders: Verlängerte Quadratpyramide

 

Anzahl der Kanten des Polyeders: 16

Anzahl der Ecken des Polyeders: 9

Anzahl der Flächen des Polyeders: 9

 

Die Koordinatenwerte, der bei Ausgabe der Darstellung beschrifteten (nummerierten) Eckpunkte sind der rechtsseitig angeordneten Tabelle auf dem Hauptformular des Unterprogramms zu entnehmen.
 

Module zum Themenbereich Geometrie


Achsenabschnittsform einer Geraden - Punkt-Richtungs-Form einer Geraden - Zwei-Punkte-Form einer Geraden - Hessesche Normalenform einer Geraden - Allgemeine Form einer Geraden - Gerade - Gerade - Gerade - Gerade - Interaktiv - Gerade - Punkt - Gerade - Punkt - Interaktiv - Geradensteigung - Kreis - Punkt - Kreis - Punkt - Interaktiv - Kreis - Gerade - Kreis - Gerade - Interaktiv - Kreis - Kreis - Kreis - Kreis - Interaktiv - Kreisausschnitt - Kreissegment - Kreisring - Ellipse - Regelmäßiges Vieleck - Viereck - Allgemeines Viereck – Interaktiv - Satz des Ptolemäus - Satz des Arbelos - Pappus-Kreise - Archimedische Kreise - Hippokrates Möndchen - Varignon-Parallelogramm - Rechteck-Scherung - Soddy-Kreise - Polygone - Bewegungen in der Ebene - Affine Abbildung - Analyse affiner Abbildungen - Inversion einer Geraden am Kreis - Inversion eines Kreises am Kreis - Spirolateralkurven - Spiralen im Vieleck - Granvillesche Kurven - Bérard-Kurven - Eikurven - Kegelschnitt - Prinzip - Pyramidenschnitt - Prinzip - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Interaktiv - Kegelschnitte in achsparalleler Lage - Kegelschnitte in achsparalleler Lage - Interaktiv - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Punkt - Kegelschnitte in Mittelpunktlage - Gerade - Allgemeine Kegelschnitte - Kegelschnitte durch 5 Punkte - Interaktive Geometrie mit Objekten - Winkelmaße - Strahlensatz - Teilungsverhältnis - Konstruktion einer Mittelsenkrechten - Konvexe Hülle - Dreieck - Pyramide - Quader im Raum (3D) - Krummflächig begrenzte Körper (3D) - Ebenflächig und krummflächig begrenzte Körper (3D) - Platonische Körper (3D) - Archimedische Körper (3D) - Spezielle Polyeder (3D) - Selfbuild - Punkte (3D) - Selfbuild - Strecken (3D)


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