A Kokotsakis polyhedron is a polyhedral mesh in three-dimensional Euclidean space formed by a central n-gonal face (the base), n quadrilateral faces each sharing one edge with the base, and n triangular faces inserted between every two adjacent quadrilaterals; it is called flexible if it admits a continuous deformation that preserves the rigidity of every face. This work investigates flexible Kokotsakis polyhedra with a quadrangular base (n = 4) of equimodular elliptic type, filling a significant gap in the literature by providing the first explicit constructions of this type together with an explicit algebraic characterization in terms of flat and dihedral angles. A straightforwardly constructible class of polyhedra - called quasi-symmetric nets (QS-nets) - is introduced, characterized by a symmetry relation among flat angles. It is shown that every elliptic QS-net has equimodular elliptic type and is flexible in real three-dimensional Euclidean space (rather than only in complex configuration spaces), except for a few exceptional choices of dihedral angles, and that its flexion admits a closed-form parameterization. Examples are constructed that are non-self-intersecting and belong exclusively to the equimodular elliptic type. To support applications in computational geometry, a numerical pipeline is developed that searches for candidate solutions, verifies them using the explicit algebraic characterization, and constructs and visualizes the resulting polyhedra; numerical validations achieve high precision. Taken together, these results provide constructive criteria, algorithms, and validated examples for the equimodular elliptic type, enabling the design of a broad range of flexible Kokotsakis mechanisms.


翻译:Kokotsakis多面体是三维欧氏空间中的一种多面体网格,由一个中心n边形面(基底)、n个各与基底共享一条边的四边形面、以及n个插入每两个相邻四边形之间的三角形面组成;若该多面体存在连续变形且保持每个面的刚性,则称其为可弯折的。本文研究具有四边形基底(n=4)的等模椭圆型可弯折Kokotsakis多面体,通过提供该类型首批显式构造,并结合平面角与二面角给出显式代数刻画,填补了文献中的重大空白。本文引入一类可直接构造的多面体——称为拟对称网格,其由平面角之间的对称关系刻画。研究表明,除少数特殊的二面角选择外,每个椭圆型QS网均具有等模椭圆型,且在实三维欧氏空间(而非仅复构造空间)中可弯折,且其弯折运动具有闭式参数化。本文构造了属于且仅属于等模椭圆型的非自交实例。为支持计算几何应用,本文开发了一套数值流程:搜索候选解、利用显式代数刻画进行验证、并构造与可视化所得多面体;数值验证达到高精度。综合而言,这些结果为等模椭圆型提供了构造性准则、算法及验证实例,从而能够设计大范围的柔性Kokotsakis机构。

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