Введение

Полигон с четырьмя пересеченными краями двух длин В геометрии антипараллелограмм - это тип самопересекающегося четырехугольника. Как и параллелограмм, антипараллелограмм имеет две противоположные пары сторон одинаковой длины, но эти пары сторон не являются параллельными. Вместо этого каждая пара сторон антипараллельна по отношению к другой, а стороны в длинной паре пересекаются друг с другом, как в механизме ножниц. В то время как противоположные углы параллелограмма равны и ориентированы одинаково, антипараллелограмма одинакова, но ориентирована противоположно. Антипараллелограммы также называются контрапараллелограммами или перекрещенными параллелограммами. Антипараллелограммы встречаются как фигуры вершин некоторых невыпуклых однородных многогранников. В теории четырех-стеклянных связей связки с формой антипараллелограмма также называются связками бабочки или связками пуговицы, и используются при проектировании некруговых шестерен. В небесной механике они встречаются в некоторых семьях решений проблемы 4 тел. Каждый антипараллелограмм имеет ось симметрии, с четырьмя вершинами на круге. Он может быть сформирован из равнобедренного трапеция путем сложения двух диагоналей и удаления двух параллельных сторон. Подпись на площади каждого антипараллелограмма равна нулю.

Геометрические свойства

Антипараллелограмм - это особый случай перекрещенного четырехугольника с двумя парами одинаковых краев. В общем, пересеченные четырехугольники могут иметь неравные края. Особой формой антипараллелограмма является перекрещенный прямоугольник, в котором два противоположных края параллельны. Каждый антипараллелограмм - это циклический четырехугольник, то есть его четыре вершины лежат на одном круге. Кроме того, четыре расширенные стороны любого антипараллелограмма являются битангентами двух кругов, что делает антипараллелограммы тесно связанными с тангенциальными квадрилатерами, тангенциальными квадрилатерами и воздушными змеями (которые являются тангенциальными и тангенциальными). Каждый антипараллелограмм имеет ось симметрии через свою точку пересечения. Благодаря этой симметрии, у него есть две пары равных углов и две пары равных сторон. Четыре средние точки его сторон лежат на прямой перпендикулярной оси симметрии; то есть для этого вида четырёхугольника параллелограмм Вариньона является вырожденным четырёхугольником с нулевой площадью, состоящим из четырех коллинеарных точек. Выпуклый корпус антипараллелограмма - это однобоковая трапеция, и каждый антипараллелограмм может быть сформирован из однобоковая трапеция (или его специальных случаев, прямоугольников и квадратов) путем замены двух параллельных сторон двумя диагоналями трапеции. Поскольку антипараллелограмм образует две совпадающие треугольные области плоскости, но оборачивается вокруг этих двух областей в противоположных направлениях, его подписанная площадь является разницей между областями областей и, следовательно, равна нулю. Неподписанная площадь многоугольника (общая площадь, которую он окружает) является суммой, а не разницей этих площадей. Для антипараллелограмма с двумя параллельными диагоналями длины и , разделенными высотой, эта сумма равна . Из применения неравенства треугольника к этим двум треугольным областям следует, что пересекающая пара краев в антипараллелограме всегда должна быть длиннее двух непересекающихся краев.

В полиэдрах

Несколько невыпуклых однородных многогранников, включая тетрагемигексаэдр, кубогемиоктаэдр, октагемиоктаэдр, небольшой ромбигексаэдр, небольшой икосигемидодекаэдр и небольшой додекагемидодекаэдр, имеют антипараллелограммы в качестве фигур вершины, поперечные сечения, сформированные путем разрезания многогранника плоскостью, которая проходит рядом с вершиной, перпендикулярно оси между вершиной и центром. Одна форма неравномерного, но гибкого многогранника, октаэдр Брикарда, может быть построена как бипирамида над антипараллелограммом.

Четырехстворчатые связки

Антипараллелограмму использовали в виде четырех-стеклянной стыковки, в которой четыре жестких балки фиксированной длины (четыре стороны антипараллелограмма) могут вращаться относительно друг друга в соединениях, расположенных на четырех вершинах антипараллелограмма. В этом контексте его также называют бабочкой или связкой бабочки. Как связь, она имеет точку нестабильности, в которой она может быть преобразована в параллелограмм и наоборот, но любая из этих связей может быть подкреплена, чтобы предотвратить эту нестабильность. Для параллелограммных и антипараллелограммных связей, если один из длинных (пересеченных) краев связки фиксирован в качестве основания, свободные соединения движутся по равным кругам, но в параллелограмме они движутся в одном направлении с равными скоростями, в то время как в антипараллелограмме они движутся в противоположных направлениях с неравными скоростями. Как обнаружил Джеймс Уотт, если антипараллелограмм имеет свою длинную сторону, закрепленную таким образом, то средняя точка неподвижного длинного края будет отслеживать лемнискатную или кривую восьмерки. Для антипараллелограмма, образованного сторонами и диагоналями квадрата, это лемнискат Бернулли. Антипараллелограмм с фиксированной длинной стороной является вариантом связи Уотта. Антипараллелограмм является важной особенностью в конструкции инвертора Харта, связь, которая (как связь Пейсселье-Липкин) может преобразовывать вращательное движение в прямолинейное движение. Антипараллелограммный узел может также использоваться для соединения двух осей четырехколесного транспортного средства, уменьшая радиус поворота транспортного средства относительно подвески, которая позволяет вращаться только одной оси. Пара вложенных антипараллелограммов использовалась в связке, определенной Альфредом Кемпе как часть теоремы универсальности Кемпе, утверждающей, что любая алгебраическая кривая может быть прослежена с помощью соединений соответствующим образом определенной связи. Кемпе назвал вложенную антипараллелограммовую связь "мультипликатором", поскольку она может быть использована для умножения угла на целое число. Используется в другом направлении, чтобы разделить углы, он может быть использован для треугольного разреза (хотя и не как прямоугольная и компасная конструкция). Оригинальные конструкции Кемпе, использующие эту связь, упускали из виду нестабильность параллелограмма-антипараллелограмма, но скрепляя связки, он исправляет доказательство теоремы универсальности.

Конструкция снаряжения

Предположим, что один из непересеченных краев антипараллелограммной связки закреплен на месте, а остальная связь свободно движется. По мере движения связки каждый антипараллелограмм, образованный, может быть разделен на два конгруэнтных треугольника, встречающихся в точке пересечения. В треугольнике, основанном на фиксированном краю, длины двух движущихся сторон суммируются с постоянной длиной одного из пересеченных краев антипараллелограмма, и поэтому движущаяся точка пересечения прописывает эллипс с фиксированными точками в качестве его очагов. Второй (движущийся) непересеченный край антипараллелограмма имеет в качестве конечных точек очаги второго эллипса, образованного от первого отражением через касательную линию через точку пересечения. Поскольку второй эллипс вращается вокруг первого, эта конструкция эллипсов из движения антипараллелограмма может быть использована в конструкции эллиптических шестерен, которые преобразуют равномерное вращение в неравномерное вращение или наоборот.

Небесная механика

В задаче с n телами, изучающей движение точечных масс в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона, важную роль играют центральные конфигурации, решения задачи с n телами, в которых все тела вращаются вокруг некоторой центральной точки, как будто они жестко связаны друг с другом. Например, для трёх тел существует пять решений такого типа, данных пятью точками Лагранжа. Для четырех тел, с двумя парами тел, имеющих одинаковые массы (но с соотношением между массами двух пар, непрерывно изменяющимся), числовые данные указывают на то, что существует непрерывное семейство центральных конфигураций, связанных друг с другом движением антипараллелограммной связи.