www.wikidata.de-de.nina.az
Regelmassiges PentagondodekaederArt der Seitenflachen regelmassige FunfeckeAnzahl der Flachen 12Anzahl der Ecken 20Anzahl der Kanten 30Schlafli Symbol 5 3 dual zu IkosaederKorpernetzAnzahl verschiedener Netze 43380Anzahl Kanten in einer Ecke 3Anzahl Ecken einer Flache 5Das Dodekaeder ˌdodekaˈʔeːdɐ von griech Zwolfflachner dt auch das Zwolfflach ist ein Korper mit zwolf Flachen In der Regel ist damit ein platonischer Korper gemeint namlich das regelmassige Pentagondodekaeder ein Korper mit 12 kongruenten regelmassigen Funfecken 30 gleich langen Kanten von denen jede die Seite von zwei Funfecken ist 20 Ecken in denen jeweils drei dieser Funfecke zusammentreffenEs gibt aber auch andere Dodekaeder von hoher Symmetrie Inhaltsverzeichnis 1 Symmetrie 2 Struktur 3 Konstruktion 4 Formeln 5 Winkel Punkte Flachen Radien Koordinaten 5 1 Einbeschriebener Wurfel 5 2 Winkel 5 3 Punkte des Dodekaeders 5 4 Um In Kanten Kugelradien 5 5 Oberflache Volumen 5 6 Raumwinkel in den Ecken 6 Anwendungen 7 Pentagondodekaeder mit unregelmassigen Flachen 7 1 Pyritoeder 8 Netze des Dodekaeders 9 Graphen duale Graphen Zyklen Farbungen 10 Andere Dodekaeder 11 Weblinks 12 EinzelnachweiseSymmetrie Bearbeiten nbsp Dodekaeder mit Beispielen der Drehachsen C 5 C 3 C 2 displaystyle C 5 C 3 C 2 nbsp und einer Symmetrieebene blau Wegen seiner hohen Symmetrie alle Ecken Kanten und Flachen sind untereinander gleichartig ist das Dodekaeder ein regulares Polyeder Es hat 6 funfzahlige Drehachsen C 5 displaystyle C 5 nbsp durch die Mittelpunkte zweier gegenuberliegender Flachen 10 dreizahlige Drehachsen C 3 displaystyle C 3 nbsp durch gegenuberliegende Ecken 15 zweizahlige Drehachsen C 2 displaystyle C 2 nbsp durch die Mittelpunkte gegenuberliegender Kanten 15 Symmetrieebenen durch einander gegenuberliegende und parallele Kanten und ist punktsymmetrisch Punktspiegelung bezuglich des Dodekaedermittelpunkts Insgesamt hat die Symmetriegruppe des Dodekaeders die Dodekaedergruppe oder Ikosaedergruppe 120 Elemente Die 60 orientierungserhaltenden Symmetrien entsprechen der alternierenden Gruppe A 5 displaystyle A 5 nbsp Manchmal wird auch diese Untergruppe Ikosaedergruppe genannt Die volle Symmetriegruppe ist isomorph zu dem direkten Produkt A 5 C 2 displaystyle A 5 times C 2 nbsp Dass das Produkt direkt ist sieht man daran dass die Punktspiegelung am Mittelpunkt mit den Drehungen kommutiert Die Symmetrie des Dodekaeders ist durch die hier auftretenden funfzahligen Symmetrieachsen mit einer periodischen Raumstruktur nicht vertraglich siehe Parkettierung Es kann daher kein Kristallgitter mit Ikosaedersymmetrie geben siehe Quasikristalle Struktur Bearbeiten nbsp Dodekaeder blau mit dualem Ikosaeder grun Die Mittelpunkte rot der regelmassigen Funfecke sind die Ecken des Ikosaeders Das Ikosaeder ist das zum Dodekaeder duale Polyeder und umgekehrt Mit Hilfe von Dodekaeder und Ikosaeder konnen zahlreiche Korper konstruiert werden die ebenfalls die Dodekaedergruppe als Symmetriegruppe haben So erhalt man zum Beispiel das abgestumpfte Dodekaeder mit 12 Zehnecken und 20 Dreiecken durch Abstumpfung der Ecken eines Dodekaeders das Ikosidodekaeder mit 12 Funfecken und 20 Dreiecken das abgestumpfte Ikosaeder Fussballkorper mit 12 Funfecken und 20 Sechsecken als Durchschnitt eines Dodekaeders mit einem Ikosaeder siehe archimedische Korper Fullerene und das Rhombentriakontaeder mit 12 20 32 Ecken und 30 Rauten als Flachen Es entsteht durch das Aufsetzen gerader Pyramiden auf das Dodekaeder von denen je zwei Seitenflachen einander erganzen d h in einer Ebene liegen und eine Kante gemein haben Aus den Kanten des Dodekaeders kann man 3 Paare gegenuberliegender Kanten so auswahlen dass diese Paare 3 kongruente zueinander paarweise orthogonale Rechtecke aufspannen Die restlichen 8 Ecken bilden dann die Ecken eines dem Dodekaeder einbeschriebenen Wurfels Insgesamt gibt es funf derartige Positionen wobei jede Kante des Dodekaeders zu genau einer solchen Position gehort und jede Ecke Eckpunkt von zwei einbeschriebenen Wurfeln ist Die Symmetriegruppe des Dodekaeders bewirkt alle 5 120 Permutationen dieser funf Positionen bzw Wurfel Da die Kanten des einbeschriebenen Wurfels Diagonalen der Funfecke sind entspricht das Verhaltnis der Langen der Kanten des Dodekaeders und jener eines eingeschriebenen Wurfels dem Goldenen Schnitt Konstruktion Bearbeiten nbsp Konstruktion in 17 Bildern am Ende 10 s Pause nbsp Dodekaeder Konstruktionsskizze siehe hierzu auch die Bilder 4 6 7 8 9 11 13 15 Euklid beschreibt und beweist im dreizehnten Buch seines Werkes Elemente unter Proposition 17 die Konstruktion des Dodekaeders Ein Dodekaeder einer Kugel mit gegebenem rationalem oder quadriert rationalem Durchmesser einbeschreiben Die Kante des Dodekaeders ist dann irrational und zwar apotomisch Rudolf Haller Euklid Stoicheia Buch XIII 17 1 Um den Aufwand zu minimieren enthalt die folgende spharischen Darstellung nur die Schritte die fur das Dodekaeder vonnoten sind Von Vorteil ist hierzu die Anwendung einer sogenannten Dynamische Geometrie Software DGS Zur besseren Ubersicht sind die Kreise und Hilfskugeln zur Erzeugung der Schnittpunkte nur in den betreffenden Bildern der Konstruktion siehe nebenstehendes Bild der Konstruktionsskizze bzw in den animierten Bildern eingezeichnet Gegeben sei eine Umkugel z B mit dem Radius gleich 1 displaystyle 1 nbsp und deren Mittelpunkt U displaystyle U nbsp Beim Bestimmen der x y displaystyle x y nbsp und z displaystyle z nbsp Achsen eines kartesischen Koordinatensystems entstehen die Punkte A 1 B 1 C 1 displaystyle A 1 B 1 C 1 nbsp und D 1 displaystyle D 1 nbsp auf der Oberflache der Umkugel Um ein Dodekaeder darstellen zu konnen bedarf es hierzu auch der Konstruktion eines Wurfels der ebenfalls von derselben Kugel einbeschrieben ist 1 2 Vorab werden aus einem rechtwinkligen Dreieck die beiden Grossen Kantenlange des Wurfels und Kantenlange a displaystyle a nbsp des Dodekaeders ermittelt Auf der verlangerten z displaystyle z nbsp Achse wird der Punkt U displaystyle U nbsp festgelegt und anschliessend der Kugeldurchmesser A 1 B 1 2 displaystyle A 1 B 1 2 nbsp mit Mittelpunkt U displaystyle U nbsp auf einer zur y displaystyle y nbsp Achse Parallelen projiziert Eine Hilfskugel mit Radius A 1 U 1 displaystyle A 1 U 1 nbsp markiert E 1 displaystyle E 1 nbsp als dritten Punkt fur den darauffolgenden Umkreisbogen A 1 E 1 B 1 displaystyle A 1 E 1 B 1 nbsp Das anschliessend eingezeichnete rechtwinklige Dreieck D 2 B 1 F 1 displaystyle D 2 B 1 F 1 nbsp mit der Kathete B 1 D 2 1 3 A 1 B 1 displaystyle overline B 1 D 2 tfrac 1 3 A 1 B 1 nbsp liefert als Hypotenuse B 1 F 1 displaystyle overline B 1 F 1 nbsp die Kantenlange des Wurfels Ihre Teilung im Goldenen Schnitt fuhrt zur Kantenlange a displaystyle a nbsp des Dodekaeders 3 Zwecks besserer Ubersicht wird in diesem Fall die Hypotenuse B 1 F 1 displaystyle overline B 1 F 1 nbsp mithilfe eines Kreises um B 1 displaystyle B 1 nbsp mit Richtung parallel zur z displaystyle z nbsp Achse auf den Durchmesser A 1 B 1 displaystyle A 1 B 1 nbsp ubertragen der Schnittpunkt ist G 1 displaystyle G 1 nbsp Nach dem klassischen Verfahren mit innerer Teilung von Heron von Alexandria folgt die Halbierung der Strecke B 1 G 1 displaystyle overline B 1 G 1 nbsp in H 1 displaystyle H 1 nbsp das Errichten der Senkrechten in G 1 displaystyle G 1 nbsp ein Kreis um G 1 displaystyle G 1 nbsp mit Richtung parallel zur y displaystyle y nbsp Achse Schnittpunkt ist I 1 displaystyle I 1 nbsp und das Einzeichnen des rechtwinkligen Dreiecks G 1 B 1 I 1 displaystyle G 1 B 1 I 1 nbsp Mittels einer ersten Hilfskugel mit Radius G 1 I 1 displaystyle overline G 1 I 1 nbsp wird die Kathete auf die Hypotenuse B 1 I 1 displaystyle overline B 1 I 1 nbsp projiziert der Schnittpunkt ist J 1 displaystyle J 1 nbsp Eine zweite Hilfskugel mit Radius B 1 J 1 displaystyle overline B 1 J 1 nbsp erzeugt den Schnittpunkt N displaystyle N nbsp auf der Hypotenuse B 1 F 1 displaystyle overline B 1 F 1 nbsp Die Lange B 1 N a displaystyle B 1 N a nbsp ist der grossere Teil der im Goldenen Schnitt geteilten Kantenlange B 1 F 1 displaystyle B 1 F 1 nbsp des Wurfels siehe Bild 4 der Konstruktion Nach der Halbierung der Kathete D 2 F 1 displaystyle overline D 2 F 1 nbsp in K 1 displaystyle K 1 nbsp der Halbierung der Strecke B 1 N displaystyle overline B 1 N nbsp in M 1 displaystyle M 1 nbsp und dem Ziehen einer Parallele zu B 1 D 2 displaystyle overline B 1 D 2 nbsp mit Schnittpunkt M 1 displaystyle M 1 nbsp liefert die Ahnlichkeit der Dreiecke D 2 B 1 F 1 D 2 L 1 K 1 displaystyle triangle D 2 B 1 F 1 sim triangle D 2 L 1 K 1 nbsp den Nachweis Die Lange 1 2 a displaystyle tfrac 1 2 a nbsp ist der konstruktiv benotigte grossere Teil einer im goldenen Schnitt geteilten halben Kante des einbeschriebenen Wurfels 1 Die eigentliche Konstruktion des Dodekaeders beginnt mit dem Einzeichnen des Inkreises des Wurfels um Mittelpunkt U displaystyle U nbsp mit Radius 1 2 B 1 F 1 displaystyle tfrac 1 2 B 1 F 1 nbsp sowie Richtung y displaystyle y nbsp und z displaystyle z nbsp Achse Die Fertigstellung des Wurfels A D C B D 3 F E A 3 displaystyle ADCBD 3 FEA 3 nbsp mit den zwolf Punkten aus den Halbierungen der Kanten sowie den acht Mittelpunkten der Quadratflachen erreicht man mit Parallelen zu den drei Koordinatenachsen wie z B die Kante A D displaystyle overline AD nbsp mit der Parallelen zur y displaystyle y nbsp Achse durch den zuvor ermittelten Kantenmittelpunkt L displaystyle L nbsp siehe Bild 6 der Konstruktion Weiter geht es mit der Positionierung der regelmassigen Funfecke Bei jedem dieser zwolf Funfecke liegen zwei seiner gegenuberliegenden Eckpunkte z B B displaystyle B nbsp und C displaystyle C nbsp auf Ecken des Wurfels ein weiterer Eckpunkt z B X displaystyle X nbsp hat so wie die beiden letzten Eckpunkte z B V displaystyle V nbsp und W displaystyle W nbsp den senkrechten Abstand 1 2 a displaystyle tfrac 1 2 a nbsp zu einer Wurfelflache Die Beschreibung zur Positionierung der Funfecke erfolgt nun beispielhaft an den beiden Funfecken B X C W V displaystyle BXCWV nbsp und C I 2 O 2 F W displaystyle CI 2 O 2 FW nbsp Auf der Wurfelflache B C F E displaystyle BCFE nbsp wird ein Kreis mit Radius 1 2 a displaystyle tfrac 1 2 a nbsp um den Flachenmittelpunkt P displaystyle P nbsp mit Richtung z displaystyle z nbsp Achse gezogen Damit ist die Strecke N P displaystyle overline NP nbsp in R displaystyle R nbsp und die Strecke P O displaystyle overline PO nbsp in S displaystyle S nbsp im Goldenen Schnitt geteilt Es folgt das Errichten einer Senkrechten zur Wurfelflache in S displaystyle S nbsp Hierzu zieht man durch S displaystyle S nbsp eine Parallele zur z displaystyle z nbsp Achse und den Kreis mit Radius 1 2 a displaystyle tfrac 1 2 a nbsp um S displaystyle S nbsp mit Richtung parallel zur y displaystyle y nbsp Achse der Schnittpunkt ist W displaystyle W nbsp Eine Parallele zu N O displaystyle overline NO nbsp durch W displaystyle W nbsp und eine Parallele zur z displaystyle z nbsp Achse durch R displaystyle R nbsp erzeugen mit R V displaystyle overline RV nbsp ebenfalls den Abstand 1 2 a displaystyle tfrac 1 2 a nbsp siehe Bild 7 der Konstruktion Nun folgt um den Flachenmittelpunkt Q displaystyle Q nbsp der Wurfelflache A D C B displaystyle ADCB nbsp ein Kreis mit Radius 1 2 a displaystyle tfrac 1 2 a nbsp mit Richtung parallel zur y displaystyle y nbsp Achse Die anschliessende Parallele zur z displaystyle z nbsp Achse durch Q displaystyle Q nbsp schneidet den Kreis in T displaystyle T nbsp Der nachste Kreis mit Radius 1 2 a displaystyle tfrac 1 2 a nbsp um T displaystyle T nbsp mit Richtung parallel zur y displaystyle y nbsp Achse und die Parallele zur x displaystyle x nbsp Achse durch T displaystyle T nbsp schneiden sich in X displaystyle X nbsp siehe Bild 8 der Konstruktion Das Funfeck B X C W V displaystyle BXCWV nbsp wird nun durch Verbinden der soeben bestimmten Eckpunkte fertiggestellt Fur das Beispiel Funfeck C I 2 O 2 F W displaystyle CI 2 O 2 FW nbsp sind nur noch zwei Eckpunkte zu finden Um den Flachenmittelpunkt K 2 displaystyle K 2 nbsp der Wurfelflache D D 3 F C displaystyle DD 3 FC nbsp wird der Kreis mit Radius 1 2 a displaystyle tfrac 1 2 a nbsp um den Flachenmittelpunkt K 2 displaystyle K 2 nbsp mit Richtung parallel zur z displaystyle z nbsp Achse gezogen Der Schnittpunkt F 2 displaystyle F 2 nbsp liegt auf der y displaystyle y nbsp Achse Ein zweiter Kreis mit gleichem Radius wird um F 2 displaystyle F 2 nbsp mit Richtung y displaystyle y nbsp Achse eingezeichnet Die nachfolgende Parallele zur x displaystyle x nbsp Achse schneidet den Kreis in den Punkten I 2 displaystyle I 2 nbsp und O 2 displaystyle O 2 nbsp siehe Bild 13 der Konstruktion Das Funfeck C I 2 O 2 F W displaystyle CI 2 O 2 FW nbsp wird nun durch Verbinden der betreffenden Eckpunkte fertiggestellt Formeln BearbeitenDie folgende Tabelle ist eine Zusammenstellung von metrischen Eigenschaften eines regularen Dodekaeders die im nachsten Abschnitt hergeleitet werden Grossen eines Dodekaeders mit Kantenlange aVolumen V a 3 4 15 7 5 7 663 a 3 displaystyle V frac a 3 4 left 15 7 sqrt 5 right approx 7 663 cdot a 3 nbsp nbsp ohne Raumwinkel W displaystyle Omega nbsp in den Ecken dd dd Oberflacheninhalt A O 3 25 10 5 a 2 20 646 a 2 displaystyle A O 3 sqrt 25 10 sqrt 5 a 2 approx 20 646 cdot a 2 nbsp Umkugelradius r u a 4 5 1 3 1 401 a displaystyle r u frac a 4 sqrt 5 1 sqrt 3 approx 1 401 cdot a nbsp Kantenkugelradius r k a 4 3 5 1 309 a displaystyle r k frac a 4 left 3 sqrt 5 right approx 1 309 cdot a nbsp Inkugelradius r i a 20 250 110 5 1 114 a displaystyle r i frac a 20 sqrt 250 110 sqrt 5 approx 1 114 cdot a nbsp Verhaltnis von Volumen zu Umkugelvolumen V V U K 15 6 p 1 5 0 665 displaystyle frac V V UK frac sqrt 15 6 pi left 1 sqrt 5 right approx 0 665 nbsp Innenwinkel des regelmassigen Funfecks a 108 displaystyle alpha 108 circ nbsp Winkel zwischenbenachbarten Flachen b 180 2 arctan 5 1 2 116 56 displaystyle beta 180 circ 2 arctan left frac sqrt 5 1 2 right approx 116 56 circ nbsp Winkel zwischenKante und Flache g 90 arctan 5 1 2 121 72 displaystyle gamma 90 circ arctan left frac sqrt 5 1 2 right approx 121 72 circ nbsp Raumwinkel in den Ecken W 2 p 6 arctan 5 1 2 2 962 s r displaystyle Omega 2 pi 6 arctan left frac sqrt 5 1 2 right approx 2 962 mathrm sr nbsp Spharizitat PS 180 p 47 21 5 3 6 25 10 5 0 91 displaystyle Psi frac sqrt 3 180 pi left 47 21 sqrt 5 right 6 sqrt left 25 10 sqrt 5 right approx 0 91 nbsp Winkel Punkte Flachen Radien Koordinaten Bearbeiten nbsp Dodekaeder mit einbeschriebenem WurfelEinbeschriebener Wurfel Bearbeiten Viele metrische Eigenschaften eines Dodekaeders lassen sich aus der im Bild gezeigten Koordinatendarstellung berechnen ablesen In dem Bild wird der Dodekaeder mit der Kantenlange a displaystyle a nbsp aus dem Wurfel mit der Kantenlange c 5 1 2 a displaystyle c tfrac sqrt 5 1 2 a nbsp der Lange der Diagonale in einer Seitenflache 5 Eck aufgebaut Die Wurfelpunkte sind c 2 c 2 c 2 displaystyle pm tfrac c 2 pm tfrac c 2 pm tfrac c 2 nbsp Sie sind 8 der 20 Dodekaeder Punkte P 1 c 2 c 2 c 2 displaystyle P 1 tfrac c 2 tfrac c 2 tfrac c 2 nbsp ist solch ein Punkt Beim Rechnen ist immer wieder die Gleichung c 2 a c a 2 displaystyle c 2 ac a 2 nbsp nutzlich siehe Goldener Schnitt P 2 0 a c 2 a 2 displaystyle P 2 0 tfrac a c 2 tfrac a 2 nbsp ist ein Dodekaederpunkt in der y z Ebene Um dies einzusehen muss gezeigt werden dass der Abstand d displaystyle d nbsp einer nicht in einer Wurfelebene liegenden Kante von der Wurfelebene gleich a 2 displaystyle tfrac a 2 nbsp ist Hierzu wird der Tangens des Winkels f displaystyle varphi nbsp siehe Bild Berechnung v Winkel auf zwei Arten ausgedruckt tan f d c 2 c 2 a 2 d displaystyle tan varphi d frac c 2 left frac c 2 frac a 2 right d nbsp d 2 1 4 c c a a 2 4 d a 2 displaystyle to d 2 frac 1 4 c c a frac a 2 4 to d frac a 2 nbsp tan f 5 1 2 f 31 72 displaystyle to tan varphi frac sqrt 5 1 2 to varphi approx 31 72 circ nbsp Winkel Bearbeiten nbsp Zur Berechnung von Winkel eines DodekaedersDamit ist siehe nebenstehendes Bild der Winkel zwischen Seitenflachen b 180 2 f 116 56 displaystyle beta 180 circ 2 varphi approx 116 56 circ nbsp Winkel zwischen einer Kante und einer Seitenflache g 90 f 121 72 displaystyle gamma 90 circ varphi approx 121 72 circ nbsp Punkte des Dodekaeders Bearbeiten Startet man mit den oben beschriebenen auch im Bild erkennbaren Punkten 8 Wurfelpunkte 12 Andere und will nachweisen dass sie die Ecken eines regularen Dodekaeders sind zeigt man dass alle Punkte auf einer Kugel liegen Ihr Abstand zum Nullpunkt ist gleich die Punkte jedes Funfecks in einer Ebene liegen benachbarte Punkte den Abstand a displaystyle a nbsp haben Denn dann liegen die Punkte eines jeden Funfecks auf einem ebenen Schnitt mit der Kugel also auf einem Kreis und benachbarte Punkte haben den gleichen Abstand d h das Funfeck ist regular Um In Kanten Kugelradien Bearbeiten nbsp Dodekaeder mit Kantenlange a 1 displaystyle a 1 nbsp Konstruktion des Inkugelradius r i displaystyle r i nbsp und des Kantenkugelradius r k displaystyle r k nbsp mithilfe der Geraden g displaystyle g nbsp Aus der Zeichnung erkennt man ferner den Kantenkugelradius r k a c 2 a 4 3 5 1 31 a displaystyle r k frac a c 2 frac a 4 3 sqrt 5 approx 1 31 a nbsp Umkugelradius r u O P 1 c 2 3 a 4 5 1 3 displaystyle r u OP 1 frac c 2 sqrt 3 frac a 4 sqrt 5 1 sqrt 3 nbsp O P 2 a 4 18 6 5 1 40 a displaystyle qquad qquad qquad quad OP 2 frac a 4 sqrt 18 6 sqrt 5 approx 1 40 a nbsp Der Inkugelradius ist siehe Bild Berechnung v Winkel der Abstand der Gerade in der y z Ebene durch den Punkt 0 r k displaystyle 0 r k nbsp mit der Steigung tan f displaystyle tan varphi nbsp Diese Gerade hat die Gleichung z 5 1 2 y a 4 3 5 5 1 y 2 z a 2 3 5 0 displaystyle z frac sqrt 5 1 2 y frac a 4 3 sqrt 5 to sqrt 5 1 y 2z frac a 2 3 sqrt 5 0 nbsp Bestimmt man den Abstand dieser Gerade vom Nullpunkt mit Hilfe der Hesseschen Normalform so ergibt sich der Inkugelradius r i displaystyle r i nbsp Es ist r i 2 1 4 3 5 2 5 1 2 4 a 2 7 3 5 4 5 5 a 2 50 22 5 80 a 2 displaystyle r i 2 frac 1 4 frac 3 sqrt 5 2 sqrt 5 1 2 4 a 2 frac 7 3 sqrt 5 4 5 sqrt 5 a 2 frac 50 22 sqrt 5 80 a 2 nbsp Damit ist der Inkugelradius r i a 20 250 110 5 1 11 a displaystyle r i frac a 20 sqrt 250 110 sqrt 5 approx 1 11 a nbsp Oberflache Volumen Bearbeiten nbsp Bild 1 Zur Volumenberechnung nbsp Bild 2 Volumen des Dodekaeders entspricht Volumen von 12 PyramidenDie Oberflache des Dodekaeders ist die Summe der 12 der 5 Eckflachen Die Flache eines regelmassigen 5 Ecks ist A 5 1 4 25 10 5 a 2 displaystyle A 5 tfrac 1 4 sqrt 25 10 sqrt 5 a 2 nbsp Damit ist die Oberflache des Dodekaeders A O 3 25 10 5 a 2 displaystyle A O 3 sqrt 25 10 sqrt 5 a 2 nbsp Das Volumen des Dodekaeders Bild 1 ist die Summe des Wurfelvolumens und den 6 uber jeder Wurfelseite liegendem Dach ahnlichen Teil Das Volumen V D displaystyle V D nbsp eines solchen Dachteiles setzt sich aus dem Volumen einer Pyramide mit Grundflache c c a displaystyle c c a nbsp und Hohe a 2 displaystyle frac a 2 nbsp siehe Bild und dem dreieckigen Prisma mit Grundflache 1 2 c a 2 displaystyle tfrac 1 2 c tfrac a 2 nbsp und Lange a displaystyle a nbsp zusammen Also ist V D 1 3 c c a a 2 1 2 c a 2 a a 3 24 7 3 5 displaystyle V D frac 1 3 c c a frac a 2 frac 1 2 c frac a 2 a frac a 3 24 7 3 sqrt 5 nbsp und es ist das Volumen des Dodekaeders V c 3 6 V D a 3 4 15 7 5 7 66 a 3 displaystyle V c 3 6V D frac a 3 4 15 7 sqrt 5 approx 7 66 a 3 nbsp Eine weitere Moglichkeit der Volumenberechnung Bild 2 ergibt sich wenn man das Dodekaeder als einen Zusammenbau von 12 gleich grossen Pyramiden mit funfeckiger Grundflache ansieht Das Volumen des Dodekaeders entspricht dann dem Volumen von 12 Pyramiden Fur das Volumen der Pyramide gilt allgemein V 1 3 G h displaystyle V tfrac 1 3 Gh nbsp Nimmt man fur G displaystyle G nbsp die funfeckige Grundflache A 5 1 4 25 10 5 a 2 displaystyle A 5 tfrac 1 4 sqrt 25 10 sqrt 5 a 2 nbsp fur h displaystyle h nbsp die Hohe der Pyramide gleich dem Inkugelradius r i a 20 250 110 5 displaystyle r i tfrac a 20 sqrt 250 110 sqrt 5 nbsp des Dodekaeders und setzt abschliessend den Faktor 12 ergibt sich V 1 3 1 4 25 10 5 a 2 a 20 250 110 5 12 displaystyle V frac 1 3 cdot frac 1 4 sqrt 25 10 sqrt 5 a 2 cdot frac a 20 sqrt 250 110 sqrt 5 cdot 12 nbsp daraus folgt ebenfalls Volumen des Dodekaeders V a 3 4 15 7 5 7 66 a 3 displaystyle V frac a 3 4 15 7 sqrt 5 approx 7 66 a 3 nbsp Raumwinkel in den Ecken Bearbeiten nbsp Raumwinkel mit Einheitskugel nbsp Raumwinkel Der Raumwinkel W displaystyle Omega nbsp in einer Dodekaederecke ist der Flacheninhalt des in dem Bild durch rote Punkte markierten spharischen Dreiecks das die Kanten einer Ecke auf der Einheitskugel an dieser Ecke ausstechen Die Winkel dieses spharischen Dreiecks sind alle gleich dem Winkel b displaystyle beta nbsp siehe oben zwischen zwei Dreiecksebenen Der Flacheninhalt des spharischen Dreiecks ist der Raumwinkel W 3 b p 3 p 2 arctan 5 1 2 p displaystyle Omega 3 beta pi 3 left pi 2 arctan left frac sqrt 5 1 2 right right pi nbsp 2 p 6 arctan 5 1 2 2 961 739154 s r displaystyle qquad 2 pi 6 arctan left frac sqrt 5 1 2 right approx 2 961739154 mathrm sr nbsp Dieser Raumwinkel entspricht der Flache eines Kugelsegments auf der Einheitskugel mit einem halben Offnungswinkel 8 58 1 displaystyle theta approx 58 1 circ nbsp Anwendungen BearbeitenEinige geodatische Kuppeln sind Polyeder die vom Dodekaeder abgeleitet sind indem die Funfecke weiter in gleichschenkelige Dreiecke unterteilt werden Es gibt dodekaederformige Spielwurfel Dodekaeder werden auch als originelle Wertstoff Sammelbehalter eingesetzt zum Beispiel in Paris In der Bauakustik werden dodekaederformige Lautsprecher verwendet um eine moglichst gute Kugelcharakteristik zu erhalten Statt einer Glaskugel werden kristallene Zwolfflachner zur Raumausleuchtung verwendet Der Verwendungszweck des romischen Pentagondodekaeders ist bis heute unklar Ein Dodekaeder kann auch als Jahres Kalender verwendet werden jeder Monat erhalt ein eigenes Funfeck Sowohl Megaminx als auch Alexander s Star sind Varianten des Zauberwurfels in Form eines Dodekaeders als dreidimensionales Puzzle In Waldorfschulen ist der Grundstein der traditionell am Eingangsportal einer jeden Schule platziert wird ein kupfernes Pentagondodekaeder 4 5 nbsp Ein Dodekaeder als Spielwurfel nbsp Megaminx eine Zauberwurfel Variante nbsp Ein Dodekaeder als Weihnachtsstern aus der Ausstellung Sterne nicht nur zur Weihnachtszeit im Museum Europaischer Kulturen in Berlin nbsp Romisches Dodekaeder im Landesmuseum Wurttemberg StuttgartPentagondodekaeder mit unregelmassigen Flachen BearbeitenPyritoeder Bearbeiten Das Pyritoeder hat ebenfalls 12 Flachen 20 Ecken und 30 Kanten Die Flachen sind aber nicht regelmassig Jede der 12 Flachen ist ein Funfeck mit vier kurzeren und einer langeren Kante Insgesamt besitzt dieses Polyeder 24 kurzere und 6 langere Kanten 6 Wie auch beim regelmassigen Pentagondodekaeder bilden 8 der 20 Ecken einen einbeschriebenen Wurfel Vergl Abschnitt 1 3 1 in der Abbildung sind sie gelb markiert In der Natur kommt Pyrit FeS2 manchmal in dieser Gestalt vor Deshalb wird diese Varietat des Pentagondodekaeder in der Mineralogie auch Pyrit Dodekaeder oder Pyritoeder 7 genannt Bei Kristallen sind funfzahlige Achsen unmoglich wie das regulare Pentagondodekaeder sie besitzt weil es keine luckenlose periodische Flachenfullung mit funfzahliger Symmetrie gibt Nur bei nicht streng periodischen Kristallen also Quasikristallen ist ein regulares Pentagondodekaeder denkbar nbsp Pyritoederrote Kanten sind langerNetze des Dodekaeders BearbeitenDas Dodekaeder hat 43380 Netze 8 Das heisst es gibt 43380 Moglichkeiten ein hohles Dodekaeder durch Aufschneiden von 19 Kanten aufzuklappen und in der Ebene auszubreiten Die anderen 11 Kanten verbinden jeweils die 12 regelmassigen Funfecke des Netzes Um ein Dodekaeder so zu farben dass keine benachbarten Flachen dieselbe Farbe haben braucht man mindestens 4 Farben nbsp Animation eines DodekaedernetzesGraphen duale Graphen Zyklen Farbungen Bearbeiten nbsp Farbungen veranschaulichtDodekaeder einbeschrieben vom dualen IkosaederDas Dodekaeder hat einen ihm zugeordneten ungerichteten planaren Graphen mit 20 Knoten 30 Kanten und 12 Gebieten der 3 regular ist d h von jedem Knoten gehen 3 Kanten aus sodass der Grad fur alle Knoten gleich 3 ist Bei planaren Graphen ist die genaue geometrische Anordnung der Knoten unwesentlich Wichtig ist allerdings dass sich die Kanten nicht schneiden mussen Die Knoten dieses Dodekaedergraphen entsprechen den Ecken des Dodekaeders Die Knoten des Dodekaedergraphen konnen mit 3 Farben so gefarbt werden dass benachbarte Knoten immer unterschiedlich gefarbt sind Dies bedeutet dass die chromatische Zahl dieses Graphen gleich 3 ist siehe Knotenfarbung Ausserdem konnen die Kanten mit 3 Farben so gefarbt werden dass benachbarte Kanten immer unterschiedlich gefarbt sind Mit 2 Farben ist das nicht moglich sodass der chromatische Index fur die Kantenfarbung gleich 3 ist das nebenstehende Bild veranschaulicht diese Farbungen nbsp Knotenfarbung des Dodekaedergraphen nbsp Kantenfarbung des Dodekaedergraphen nbsp Flachenfarbung des Dodekaedergraphen mit dualer Knotenfarbung des Ikosaedergraphen Um die entsprechende notige Anzahl der Farben fur die Flachen oder Gebiete zu bestimmen ist der duale Graph Ikosaedergraph mit 12 Knoten 30 Kanten und 20 Gebieten hilfreich Die Knoten dieses Graphen werden dabei den Gebieten des Dodekaedergraphen eineindeutig bijektiv zugeordnet und umgekehrt siehe bijektive Funktion und Abbildung Die Knoten des Ikosaedergraphen konnen mit 4 Farben so gefarbt werden dass benachbarte Knoten immer unterschiedlich gefarbt sind aber nicht mit 3 Farben sodass die chromatische Zahl des Ikosaedergraphen gleich 4 ist Daraus lasst sich indirekt schliessen Weil die chromatische Zahl gleich 4 ist sind 4 Farben fur eine solche Flachenfarbung des Dodekaeders oder eine Farbung der Gebiete des Dodekaedergraphen notig 9 Die 19 aufgeschnittenen Kanten jedes Netzes siehe oben bilden zusammen mit den Ecken Knoten einen Spannbaum des Dodekaedergraphen Jedes Netz entspricht genau einem Spannbaum und umgekehrt sodass hier eine eineindeutige bijektive Zuordnung zwischen Netzen und Spannbaumen besteht Wenn man ein Dodekaedernetz ohne das aussere Gebiet als Graphen betrachtet erhalt man als dualen Graphen jeweils einem Baum mit 12 Knoten und 11 Kanten und dem maximalen Knotengrad 3 Jede Flache des Dodekaeders wird dabei einem Knoten des Baums zugeordnet Dabei kommt nicht jede graphentheoretische Konstellation siehe Isomorphie von Graphen solcher Baume vor aber einige mehrfach Der Dodekaedergraph besitzt 60 Hamiltonkreise aber keine Eulerkreise 10 nbsp Dodekaedergraph mit einem der 60 HamiltonkreiseAndere Dodekaeder BearbeitenAndere Dodekaeder sind zum Beispiel Das Rhombendodekaeder besitzt 12 kongruente Rauten als Flachen 14 Ecken und 24 Kanten Es ist ein catalanischer Korper und dual zum Kuboktaeder Es bildet die typische Kristallform der Granate Das Trigondodekaeder besitzt 12 kongruente gleichseitige Dreiecke als Flachen 8 Ecken und 18 Kanten Es ist ein Deltaeder und Johnson Korper Ausgehohltes Dodekaeder Grosses Dodekaeder Rhombenikosidodekaeder Verlangertes RhombendodekaederEinige dieser Polyeder haben mehr als 12 Flachen sind also keine echten Dodekaeder nbsp Rhombendodekaeder nbsp Trigondodekaeder nbsp Ausgehohltes Dodekaeder nbsp Grosses Dodekaeder nbsp Rhombenikosidodekaeder nbsp Verlangertes RhombendodekaederWeblinks Bearbeiten nbsp Commons Dodekaeder Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien nbsp Wiktionary Dodekaeder Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Euklid Stoicheia Buch XIII 17 Dodekaeder einer Kugel Herleitung der Formeln Bastelbogen fur Kalender in Dodekaeder Form Dodekaeder Mathematische Basteleien Dodekaeder Rechner fur Kantenlange Oberflacheninhalt Rauminhalt Umkugelradius Kantenkugelradius und Inkugelradius Wilfried Stevens Das Dodekaeder Beitrag im Mystikum Magazin Juni 2019Einzelnachweise Bearbeiten a b c Euklid deutsch Rudolf Haller Stoicheia Buch XIII 17 S 20 Euklid deutsch Rudolf Haller Stoicheia Buch XIII 15 S 15 Euklid deutsch Rudolf Haller Stoicheia Buch XIII 18 S 24 waldorfschule muenster de Memento vom 11 Juni 2015 im Internet Archive siehe z B Georg Unger Das offenbare Geheimnis des Raumes Meditationen am Pentagondodekaeder nach Carl Kemper Verlag Freies Geistesleben Stuttgart 1963 Dodekaeder Pentagondodekaeder Pentagonal dodecahedron Mineralienatlas abgerufen am 25 Dezember 2020 Nichtsilikate RUB Fakultat fur Geowissenschaften 2022 abgerufen am 9 Oktober 2022 Pyrit FeS2 ist ein messinggelb metallisch glanzendes und relativ hartes Sulfid welches gerne in Form von Pentagondodekaedern Pyritoeder Wurfel und seltener auch Oktaedern vorkommt typisch ist ausserdem dass einige Flachen eine Langsstreifung aufweisen konnen Eric Weisstein Dodecahedron Netze In MathWorld Wolfram A Wolfram Web Resource abgerufen am 1 Juli 2020 Mike Zabrocki HOMEWORK 3 SOLUTIONS MATH 3260 PDF York University Mathematics and Statistics Toronto 2003 S 4 abgerufen am 31 Mai 2020 Eric Weisstein Dodecahedral Graph Graphen In MathWorld Wolfram A Wolfram Web Resource abgerufen am 1 Juli 2020 Platonische Korper Tetraeder Wurfel Oktaeder Dodekaeder Ikosaeder Normdaten Sachbegriff GND 4347205 9 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Dodekaeder amp oldid 238004852