長方體
在幾何學中，長方體（Rectangular cuboid）是一種由六個矩形組成、且每條稜對應的二面角都是直角的凸多面體，是四角柱的一種，也是一種現代建築常見的形狀[1]。長方體和矩形柱（底面為矩形的稜柱），其對應的多面體圖與立方體對應的多面體圖相同，但習慣上仍然會以長方體稱之[2]。在部分初等教育的教材中會將立方體視為長方體的一個特例[3]。
 長方體模型 | ||
| 類別 | 柱體 六面體 | |
|---|---|---|
| 對偶多面體 | 雙矩形錐 | |
| 數學表示法 | ||
| 考克斯特符號 |   | |
| 施萊夫利符號 | { }×{ }×{ }或{ }3 | |
| 性質 | ||
| 面 | 6 | |
| 邊 | 12 | |
| 頂點 | 8 | |
| 歐拉特徵數 | F=6, E=12, V=8 （χ=2） | |
| 組成與佈局 | ||
| 面的種類 | 正方形、長方形、方形或矩形 | |
| 頂點圖 | V4.4.4 | |
| 對稱性 | ||
| 對稱群 | D2h, [2,2], (*222), order 8 | |
| 特性 | ||
| 凸、 等角 | ||
| 圖像 | ||
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英文單詞cuboid一般翻作長方體[4]，然而其也可以指四邊形六面體，與長方體並不完全相同，而長方體是一種cuboid。
性質
編輯長方體是一種六面體，由6個矩形組成，共有6個面、12條邊和8個頂點。每條相鄰的邊皆互相垂直、每個相鄰的面也互相垂直[5][6]。長方體被平面所截後，截面的形狀有可能是三角形、正方形、長方形、平行四邊形、梯形、菱形、鷂形、五邊形和六邊形。[7]
組成
編輯長方體與立方體拓樸結構相同，皆具有6個面、12條邊和8個頂點，其中每條邊都是兩個矩形的公共邊，對應的稜之二面角為直角。8個頂點中，每個頂點都是3個矩形的公共頂點，對應的角為三面角。在長方體的6個矩形面中，一般可以分為3組兩兩全等的矩形[5][8]。
體積與表面積
編輯長方體各邊的邊長通常可以分為長、寬及高，若已知長方體的長、寬及高則其體積與表面積為：
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展開圖
編輯邊長全部等長的長方體，即立方體，其共有11種展開圖[11]，而有2種邊長的長方體（或稱正四角柱）其展開圖有27種[12]，而若長方體是有3種邊長的長方體，則展開圖的數量有54種[13][14]。
種類
編輯長方體大致可以分為三種，一種是有三組等長邊的長方體、另一種是有三組等長邊的長方體，通常可以稱為正四角柱，最後一種是長方體的特例，即所有邊等長的長方體，稱為立方體或正方體[3]。
| 名稱 | 正方體 |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 考克斯特記號 |   
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| 施萊夫利符號 | {4,3} | {4}×{ } rr{4,2} |
{ }3 tr{2,2} | ||||
| 威佐夫符號 | 3 | 4 2 | 4 2 | 2 | 2 2 2 | | ||||
| 對稱性 | Oh [4,3] (*432) |
D4h [4,2] (*422) |
D2h [2,2] (*222) | ||||
| 對稱性階數 | 24 | 16 | 8 | ||||
| 圖像 | 
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| 對應相同對稱性 的立方體表面 塗色結果 |
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用途
編輯長方體常見於日常生活中，如包裝盒[15]、搬運用紙箱[16][17][18]或貨櫃[19]、一些家具的形狀[20]（如桌子、櫃子、床等）、現代建築物的形狀[1]等。而在產品包裝方面，由於長方體是一種可以獨立填滿空間的形狀[21]，因此許多產品（如飲料包裝）會選擇使用長方體的方式進行包裝。[22]
相關多面體
編輯在字典中，經常會將長方體的英文翻譯成Cuboid[4]，Cuboid確實有時會指長方體[23]，但是兩者還是有區別的，Cuboid也泛指所有由6個四邊形以類似立方體的互相連接方式組成的立體[24]，即四邊形六面體（quadrilateral hexahedron），此時面不再限於矩形，其對應的多面體圖與立方體和長方體對應的多面體圖相同。但此定義在中文語境中就不存在——中文語境的長方體僅指所有角都是直角的六面體。而Cuboid所泛指的由6個四邊形以類似立方體的互相連接方式組成的立體則與長方體有著相同的拓樸結構，這些立體包括了立方體、長方體、三方偏方面體、四角錐台、平行六面體和菱形六面體等形狀。
| 四邊形六面體（cuboid） 6個面、12條邊、8個頂點 | ||||||
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| 立方體 | 長方體 （三對矩形） |
三方偏方面體 （全等菱形） |
三方偏方面體 （全等四邊形） |
四角錐台 （平截四角錐） |
平行六面體 （三對 平行四邊形） |
菱形六面體 （三對菱形） |
| Oh, [4,3], (*432) 48階 |
D2h, [2,2], (*222) 8階 |
D3d, [2+,6], (2*3) 12階 |
D3, [2,3]+, (223) 6階 |
C4v, [4], (*44) 8階 |
Ci, [2+,2+], (×) 2階 | |
參見
編輯參考文獻
編輯- ^ 1.0 1.1 彭琛. 谈现代工业建筑的立面设计. 四川建材. 2013, (1): 84––86.
- ^ Robertson, Stewart Alexander. Polytopes and Symmetry. Cambridge University Press. 1984: 75. ISBN 9780521277396.
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- ^ 4.0 4.1 長方體 cuboid. 樂詞網, 國家教育研究院. [2022-12-28]. （原始內容存檔於2022-12-28）.
- ^ 5.0 5.1 生活中的立體圖形. 教育部中學學習資源. [2019-09-28]. （原始內容存檔於2020-02-03）.
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- ^ 『体積』の教科書制作 (PDF), 木曜３限数学心理学（２０１３年度） (鳥取大学), [2019-09-28], （原始內容存檔 (PDF)於2019-09-28）
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