Dodekaederstern
Der Dodekaederstern, auch Kleines Sterndodekaeder genannt, ist ein reguläres Polyeder und einer der vier Kepler-Poinsot-Körper. Er wird von 12 regelmäßigen Pentagrammen begrenzt, die 60 gleichschenklige Dreiecke bilden. Der Sternkörper zeichnet sich durch die Gleichheit sämtlicher Flächenwinkel – sowohl innen als auch außen – von 116,57° aus.
Eigenschaften
Werden sämtliche 30 Kanten eines Dodekaeders[1] über seine Ecken hinaus verlängert, bis sich jeweils 5 von ihnen in einem Punkt schneiden, so entsteht ein Dodekaederstern, den man sich als Dodekaeder mit 12 aufgesetzten Pyramiden vorstellen kann. Die Zacken des Dodekaedersterns bilden die 12 Eckpunkte eines regelmäßigen Ikosaeders.
Der Dodekaederstern ist der umschriebene Körper von 12 sich gegenseitig schneidenden Pentagrammen, die koinzident mit den Begrenzungsflächen eines Dodekaeders sind. Im Inneren des Dodekaedersterns befinden sich 20 gleichseitige Dreiecke, Schnittflächen, deren Seitenlänge gleich der der Pentagrammdiagonale ist, und die ein Großes Ikosaeder aufspannen.
- Die Oberflächen von Dodekaeder- und Ikosaederstern sind gleich, wobei letzterer das kleinere Volumen einschließt.
- Pentakisdodekaeder und Dodekaederstern sind topologisch gleichwertig.
Der Dodekaederstern ist dual zum Großen Dodekaeder. Jede Ecke des Dodekaedersterns ist einem regelmäßigen Fünfeck des Großen Dodekaeders zugeordnet, und jede Ecke des Großen Dodekaeders gehört zu einem regelmäßigen Pentagramm des Dodekaedersterns.
Formeln
| Größen eines Dodekaedersterns mit Kantenlänge a | |
|---|---|
| Volumen | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle V = \frac{5}{4} \cdot a^3 \cdot (5 \cdot \sqrt{5} - 11) } |
| Oberflächeninhalt | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \approx 2{,}573 \cdot a^2} |
| Länge der Schenkel | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle s = \frac{a}{2} \cdot (3 - \sqrt{5})} Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \approx 0{,}382 \cdot a} |
| Länge der Basis | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle b = a \cdot (\sqrt{5} - 2)} Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \approx 0{,}236 \cdot a} |
| Umkugelradius | Fehler beim Parsen (Konvertierungsfehler. Der Server („https://wikimedia.org/api/rest_“) hat berichtet: „Cannot get mml. Server problem.“): {\displaystyle r_{u}={\frac {a}{4}}\cdot {\sqrt {10-2\cdot {\sqrt {5}}}}} |
| Kantenkugelradius | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle r_k = \frac{a}{4} \cdot (\sqrt{5} - 1)} Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \approx 0{,}309 \cdot a} |
| Inkugelradius | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle r_i = \frac{a}{20} \cdot \sqrt{50 - 10 \cdot \sqrt{5}}} Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \approx 0{,}262 \cdot a} |
| Höhe der Pyramiden | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle k = \frac{a}{5} \cdot \sqrt{25 - 10 \cdot \sqrt{5}} } Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \approx 0{,}325 \cdot a} |
| Verhältnis von Volumen zu Umkugelvolumen | Fehler beim Parsen (Konvertierungsfehler. Der Server („https://wikimedia.org/api/rest_“) hat berichtet: „Cannot get mml. Server problem.“): {\displaystyle {\frac {V}{V_{UK}}}={\frac {3}{2\cdot \pi }}\cdot {\sqrt {130-58\cdot {\sqrt {5}}}}} Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \approx 0{,}265} |
| Innenwinkel des
regelmäßige Pentagramms |
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| Winkel zwischen benachbarten Flächen | Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \beta = \arccos \left( -\frac{\sqrt{5}}{5}\right) \approx 116^\circ\; 33^\prime \; 54^{\prime\prime}} |
Zusammenhang mit anderen Polyedern
Die konvexe Hülle ist das Ikosaeder. Es hat auch gemeinsame Kanten mit dem Großen Ikosaeder. Es gibt vier verwandte Polyeder, die durch Abstumpfen entstehen.
Das duale Polyeder ist das Große Dodekaeder. Das Dodekadodekaeder ist eine Rektifikation, wobei Kanten bis zu Punkten abgestumpft werden. Der abgestumpfte Dodekaederstern kann als ein degeneriertes reguläres Polyeder angesehen werden, weil seine Ecken und Kanten übereinstimmen, aber es ist für die Vollständigkeit enthalten. Die Oberfläche sieht aus wie ein normales Dodekaeder, aber es hat 24 Seitenflächen, die paarweise übereinstimmen. Die Spitzen werden abgeschnitten, bis sie die Ebene des Pentagramms unter ihnen erreichen. Die 24 Seitenflächen sind 12 regelmäßige Fünfecke von den abgestumpften Ecken und 12 Fünfecke, die die Form von doppelt gewundenen Fünfecken annehmen, die die ersten 12 Fünfecke überlappen. Diese werden gebildet, indem die ursprünglichen Pentagramme abgestumpft werden.
Skulpturen in Form eines Dodekaedersterns
Auf dem Gelände der Universität Twente in Enschede (Niederlande) befindet sich eine Metallskulptur eines Dodekaedersterns, die nach einer Zeichnung von M. C. Escher geschaffen wurde.
Anlässlich der Adaptierung des früher von der Pensionsversicherungsanstalt genutzten Gebäudes am Oskar-Morgenstern-Platz 1 in Wien-Alsergrund für die Fakultäten der Mathematik und der Wirtschaftswissenschaften der Universität Wien, wurde die Skulptur Dodekaederstern angebracht. Die Oberfläche stellt die Lösung einer Gleichung in 3 Dimensionen dar und ähnelt mit seinen 20 gekurvten Spitzen einem Dodekaeder-Antistern.[2] Nach einer Idee und dem Entwurf von Herwig Hauser von der Fakultät für Mathematik wurden die zwanzig Einzelteile der Sternskulptur aus Glasfaserverbundwerkstoff (GFK) gefertigt. Die einzelnen Segmente der selbsttragenden GFK-Struktur sind über Flansche miteinander verschraubt. Die Zugseile für die Aufhängung sind mit einem innenliegenden Stahlgerüst verbunden.
Anmerkungen
- ↑ Die Kantenlänge des einbeschriebenen Dodekaeders sei mit a bezeichnet.
- ↑ dodekaederstern.cc
Weblinks
- Eric W. Weisstein: Dodekaederstern. In: MathWorld (englisch).
- Keplers Dodekaederstern – Der Igel
- Alexandra Fritz: Platonic stars – Construction of algebraic curves and surfaces with prescribed symmetries and singularities Diplomarbeit, Universität Innsbruck, 11. Dezember 2009. (Englisch)
