Куб є мірним багатогранником тривимірного простору. Тобто куб з довжиною ребра є одиницею виміру об'єму простору (так само як квадрат є одиницею вимірювання площі).
‒ 3 осі 4-го порядку — проходять через центри протилежних граней; (поворот на 90°, 180° і 270°);
‒ 4 осі 3-го порядку — проходять через протилежні вершини; (поворот на 120° і 240°);
‒ 6 осей 2-го порядку — проходять через середини протилежних паралельних ребер (поворот на 180°).
Має 9 площин дзеркальної симетрії: 3 з них проходять через середини паралельних реберта перпеддикулярні до них, а 6 — через діагоналі протилежних граней (через протилежні паралельні ребра куба).
Має центр симетрії (в ньому перетинаються всі осі та площини симетрії).
Сума плоских кутів при кожній з 8 вершин дорівнює 270°.
У різних дисциплінах використовуються значення терміна, що мають відношення до тих або інших властивостей геометричного прототипу. Зокрема, в алгебрікубом числа називають значення цього числа, піднесене до 3-го степеня. В аналітиці (OLAP-аналіз) застосовуються так звані аналітичні багатовимірні куби, що дозволяють в наочному вигляді зіставити дані з різних таблиць.
Властивості
Куб має найбільший об'єм серед прямокутних паралелепіпедів із такою ж площею поверхні. А також куб, має найбільший об'єм серед прямокутних паралелепіпедів із такими ж загальними лінійними розмірами (довжина+висота+ширина).
Зокрема, переріз куба площиною, перпендикулярною до осей симетрії 4-го порядку, є квадратом. Перерізом куба площиною, перпендикулярною до осей симетрії 3-го порядку (діагоналей куба), може бути:
правильний трикутник ; Найбільший за площею переріз у вигляді правильного трикутника (проходить через три вершини куба) ділить діагональ куба у співвідношенні 2:1;
правильний шестикутник (якщо площина проходить також через центр куба; таких перерізів у куба є 4);
Також 12 перерізів куба площинами, перпендикулярними до осей симетрії 2-го порядку, є квадратами. Ці перерізи знаходяться на відстані від діагональних площин симетрії.
Тобто, існує одинадцять способів зробити із куба пласку розгортку, розрізаючи його по семи ребрах.
Для того, щоб зафарбувати куб так, що сусідні грані не матимуть однакового кольору, необхідно принаймні три кольори.
Зв'язок з правильним октаедром
Куб та правильний октаедр є взаємно двоїстими багатогранниками. Тобто центри граней куба відповідають вершинам правильного октаедра, і навпаки, центри граней правильного октаедра відповідають вершинам куба.
Якщо куб має ребро довжиною 1, то його топологічно двоїстий октаедр (вершини знаходяться в центрах граней початкового куба) має ребро довжиною , а канонічно двоїстий октаедр (напіввписані сфери канонічно-двоїстої пари багатогранників збігаються) має ребро довжиною [5]
Октаедр, вписаний в куб
Куб, вписаний в октаедр
У куб можна вписати правильний октаедр таким чином, що всі шість вершин октаедра будуть суміщені з центрами шести граней куба.
Куб можна вписати в правильний октаедр таким чином, що всі вісім вершин куба будуть розташовані в центрах восьми граней октаедра.
У куб можна вписати правильний тетраедр двома способами таким чином, що чотири вершини тетраедра будуть суміщені з чотирма вершинами куба. Всі шість ребер тетраедра лежатимуть на всіх шести гранях куба і збігатимуться з його граневими діагоналями.
Куб можна вписати в вершини правильного додекаедра. При цьому ребра куба будуть збігатися з граневими діагоналями додекаедра.
В вершини додекаедра можливо вписати п'ять різних кубів. При цьому буде утворено однорідне з'єднання багатогранників — з'єднання п'яти кубів[en].
У куб можна вписати правильний ікосаедр, при цьому, шість взаємно паралельних ребер ікосаедра будуть розташовані відповідно на шести гранях куба, решта 24 ребра всередині куба, всі дванадцять вершин ікосаедра лежатимуть на шести гранях куба.
Куб має найбільший об'єм серед прямокутних паралелепіпедів із такою ж площею поверхні. А також куб, має найбільший об'єм серед прямокутних паралелепіпедів, вписаних в задану сферу та серед прямокутних паралелепіпедів із такими ж загальними лінійними розмірами (довжина+висота+ширина).
Центр масс куба знаходиться в його геометричному центрі.
Момент інерції суцільного куба з масоюm та довжиною ребра a (вісь обертання проходить через центри протилежних граней):[8]
Точка в просторі
Нехай описана сфера куба має радіус R. Нехай дано довільну точку в просторі і відстані від неї до вершин куба дорівнюють di . Тоді виконується рівність: [9][10]:стор.353, теор.7.2
Якщо точка знаходиться на описаній сфері куба, то виконується рівність:[10]:стор.354, теор.7.6
Декартові координати вершин
Декартові координати восьми вершин куба з довжиною ребра , центр якого знаходиться в початку координат, мають значення:
Вісім вершин куба лежать по чотири у двох паралельних площинах (паралельних до площини Oxy), утворюючи в них два квадрати.
Узагальненням графа куба є тривимірний k-ARY граф Геммінга, який для k = 2 є кубічним графом. Графи такого типу зустрічаються в теорії паралельних обчислень в комп'ютерах.
Граф куба має 12 різних гамільтонових циклів. Гамільтонів цикл — замкнений шлях, що проходить через кожну вершину графа рівно один раз.
Куб може бути представлений як сферичний багатогранник і спроектований на площину за допомогою стереографічної проекції. Ця проекція є конформною, тобто зберігає кути, але не площі чи довжини. Прямі лінії на сфері проєктуються на площину як дуги кола.
Куб в довільній розмірності простору n також називають n-вимірним кубом або гіперкубом, або просто n-кубом. Гіперкуби в кожній розмірності простору тако́ж є правильними політопами, а та́кож мірними політопами (по аналогії як у квадратах вимірюють площу, а в кубах — об'єм).
n-вимірний куб має гіперграней розмірності k , що його обмежують[15]:стор 262; табл.15.2.1.
Куб можна розглядати як окремі випадки інших типів багатогранників. В цьому випадку куб буде мати не повну октаедричну симетрію[en] Oh , а симертії, які є підгрупами повної групи. Тобто куб, як частинний випадок призм, кубоїдів, трапецоедрів — є менш симетричним, ніж куб як правильний багатогранник. Це також можна побачити в розфарбовці його граней.
Куб має три однорідні розфарбування, названі за унікальними кольорами квадратних граней навколо кожної вершини: 111, 112, 123.
Куб має чотири класи симетрії, які можна представити за допомогою вершинно-транзитивного розфарбовування граней. Найвища октаедрична симетрія Oh має всі грані однакового кольору. Діедрична симетрія[en] D4h походить від куба,що є тілом,всі шість граней якого забарвлені в різні кольори. Призматична підмножина D2d має таке ж забарвлення, як і попередня, а D2h має почергове забарвлення граней — попарно протилежні грані забарвлені в три кольори. Кожна форма симетрії має свій символ Витгоффа[en].
Куб можна розрізати на шість однакових квадратних пірамід. Якщо ці квадратні піраміди приєднати до граней іншого куба, то отримаємо багатогранник, візуально схожий на
ромбододекаедр (з парами компланарних трикутників, об'єднаних у ромбічні грані).
Однак багатогранник з таким способом побудови схожий лише візуально на ромбододекаедр, але топологічно він еквівалентний до тетракіс куба[en] (одного з напівправильних багатогранників Каталана), оскільки має додаткові вершини і ребра, що належать цим пірамідам (дві бічні грані пірамід знаходяться в одній площині і візуально створюють враження однієї ромбічної грані).
Процес зрізання куба завершується (при повному глибокому зрізанні або біректифікації) утворенням двоїстого до нього багатогранника — правильного октаедра, коли грані початкового багатогранника зменшуються до точок, тобто фактично зникають.
N. W. Johnson. Розділ 11: Finite symmetry groups — Дивись 11.3 Pyramids, Prisms, and Antiprisms, Figure 11.3c. // Geometries and Transformations. — Cambridge University Press / United Kingdom, 2018. — P. 234. — ISBN 978-1-107-10340-5.