这些关系 不仅多种多样,而且层次也不尽相同,我们可以由此把它们分为四种类型:它或者仅来源于立体形的外在形状;或者在构造棱边时产生了和谐比例;或者来源于已经构造出来的立体形,无论是单个的还是组合的;或者等于或接近于立体形的内切球与外接球之比。
对于第一种类型的关系,如果比例的特征项或大项为3,则它们就与四面体、八面体和二十面体的三角形面有关系;如果大项是4,则与立方体的正方形面有关系;如果大项是5,则与十二面体的五边形面有关系。这种面相似性也可以拓展到比例中的小项,于是,只要3是连续双倍比例中的一项,则该比例就必定与前三个立体形有关系,比如1 : 3、2 : 3、4 : 3和8 : 3等;如果这一项是5,则这个比例就必定与十二面体的结合有关系,比如2 : 5、4 : 5和8 : 5。类似地,3 : 5、3 : 10、6 : 5、12 : 5和24 : 5也都属于这些比例。但如果表示这种相似性的是两比例项之和,那么这种关系存在的可能性就较小了。比如在2 : 3中,两比例项加起来等于5,于是2 : 3近似与十二面体有关系。因立体角的外在形式而具有的关系与此类似:在初级立体形中,立体角是三线的,在八面体中是四线的,在二十面体中是五线的。因此,如果比例中的一项是3,则该比例将与初级立体形有关系;如果是4,则与八面体有关系;如果是5,则与二十面体有关系。对于雌性立体形,这种关系就更为明显了,因为潜藏于其内部的特征图形具有与角同样的形式:八面体中是正方形,二十面体中是五边形。 所以3 : 5有两个理由属于二十面体。
对于第二种起源类型的关系,可做如下考虑:首先,有些整数之间的和谐比例与某种结合或家庭有关系,或者说,完美比例只与立方体家庭有关系;而另一方面,也有一些比例无法用整数来表示,而只能通过一长串整数逐渐逼近。如果这一比例是完美的,它就被称为神圣的,并且自始至终都以各种方式规定着十二面体的结合。因此,以下这些和谐比例1 : 2、2 : 3、3 : 5、5 : 8是导向这一比例的开始。如果比例总是和谐的,因1 : 2最不完美,5 : 8稍完美一些,我们把5加上8得到13,并且在13前面添上8,那么得出的比例就更完美了。
此外,为了构造立体形的棱边,(外接)球的直径必须被切分。八面体需要直径分为两半,立方体和四面体需要分为三份,十二面体的结合需要分为五份。因此,立体形之间的比例是根据表达比例的这些数字而分配的。直径的平方也要切分,或者说立体形棱边的平方由直径的某一固定部分形成。然后,把棱边的平方与直径的平方相比,于是就构成了如下比例:立方体是1 : 3,四面体是2 : 3,八面体是1 : 2。如果把两个比例复合在一起,则立方体和四面体给出的复合比例是1 : 2,立方体和八面体是2 : 3,八面体和四面体是3 : 4,十二面体的结合的各边是无理的。
第三,由已经构造出来的立体形可以根据各种不同方式产生和谐比例。我们或者把每一面的边数与整个立体形的棱数相比,得到如下比例:立方体是4 : 12或1 : 3,四面体是3 : 6或1 : 2,八面体是3 : 12或1 : 4,十二面体是5 : 30或1 : 6,二十面体是3 : 30或1 : 10;或者把每一面的边数与面数相比,得到以下比例:立方体是4 : 6或2 : 3,四面体是3 : 4,八面体是3 : 8,十二面体是5 : 12,二十面体是3 : 20;或者把每一面的边数或角数与立体角的数目相比,得到以下比例:立方体是4 : 8或1 : 2,四面体是3 : 4,八面体是3 : 6或1 : 2,十二面体的结合是5 : 20或3 : 12(1 : 4);或者把面数与立体角的数目相比,得到以下比例:立方体是6 : 8或3 : 4,四面体是1 : 1,十二面体是12 : 20或3 : 5;或者把全部边数与立体角的数目相比,得到以下比例:立方体是8 : 12或2 : 3,四面体是4 : 6或2 : 3,八面体是6 : 12或1 : 2,十二面体是20 : 30或2 : 3,二十面体是12 : 30或2 : 5。
这些立体形彼此之间也可以相比。如果通过几何上的内嵌,把四面体嵌入立方体,把八面体嵌入四面体和立方体,则四面体等于立方体的三分之一,八面体等于四面体的二分之一和立方体的六分之一,所以内接于球的八面体等于外切于球的立方体的六分之一。其余立体形之间的比例都是无理的。
对我们的研究来说,第四类或第四种程度的关系是更为适当的,因为我们所寻求的是立体形的内切球与外接球之比,计算的是与此接近的和谐比例。只有在四面体中,内切球的直径才是有理的,即等于外接球的三分之一。但在立方体的结合中,这唯一的比例只有在相应线段平方之后才是有理的,因为内切球的直径与外接球的直径之比为1 : 3的平方根。如果把这些比例相互比较,则四面体的两球之比 将等于立方体两球之比的平方。在十二面体的结合中,两球之比仍然只有一个值,不过是无理的,稍大于4 : 5。因此,与立方体和八面体的两球之比相接近的和谐比例分别是稍大的1 : 2和稍小的3 : 5;而与十二面体的两球之比相接近的和谐比例分别是稍小的4 : 5和5 : 6,以及稍大的3 : 4和5 : 8。
然而如果由于某种原因,1 : 2和1 : 3被归于立方体, 而且确实就用这个比例,则立方体的两球之比与四面体的两球之比之间的比例,将等于已被归于立方体的和谐比例1 : 2和1 : 3与将被归于四面体的和谐比例1 : 4和1 : 9之比,这是因为这些比例(四面体的比例)等于前面那些和谐比例(立方体的和谐比例)的平方。对于四面体而言,由于1 : 9不是和谐比例,所以它只能被1 : 8这一与它最接近的和谐比例所代替。根据这个比例,属于十二面体的结合的比例将约为4 : 5和3 : 4。因为立方体的两球之比近似等于十二面体的两球之比的立方,所以立方体的和谐比例1 : 2和1 : 3将近似等于和谐比例4 : 5和3 : 4的立方。4 : 5的立方是64 : 125,1 : 2即为64 : 128;3 : 4的立方是27 : 64,1 : 3即为27 : 81。