■多面体巡礼の双対問題(その4)

[Q]同じ大きさの正4面体2個のうち,1個を天地逆転させ,もう1個の正4面体にを重ねた場合,その外側と内側にはどのような立体ができるでしょうか?

[A]この問題はダビデの星の3次元版(ケプラーの星)です.頭の中でイメージできれば答は簡単なのですが,勘の働きにくい問題でもあります.

 上から見ても,前から見ても,横から見ても,同じ6角形に見える3次元図形を想像されたのではないでしょうか? ところが正解は,同じ大きさの正4面体2個による相貫体にはケプラーの8角星という名前がつけられていて,外側に立方体(正方形6面),内側に正8面体(正3角形8面)をもっています.

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 ついでに,立方体と正8面体,正12面体と正20面体の相貫体について考えてみましょう.立方体と正8面体の相貫体は,外側を菱形12面体(直交する対角線の比が1:√2の菱形12面)が,内側には立方8面体(正方形6面+正3角形8面)が入っています.正12面体と正20面体の相貫体では,外側を包む立体が菱形30面体(直交する対角線の比が黄金比になっている菱形30面),内側には12・20面体(正5角形12面+正3角形20面)という多面体が内包されているのです.

 3種類の相貫体−−正4面体と正4面体,立方体と正8面体,正12面体と正20面体−−について調べてみると,それぞれの立体の間に双対関係があり,3種類の相貫体の外側にできる立体と内側にできる立体−−立方体と正8面体,菱形12面体と立方8面体,菱形30面体と12・20面体も互いに双対関係をもっていることがわかります.そして,これらもやはり相貫体をつくることができ,そしてまたそこに現れてくる外側と内側の立体も双対関係になっています.

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[Q]立方体,正8面体,菱形12面体,立方8面体,菱形30面体,12・20面体に関して,巡礼性を構築することはできるだろうか? たとえば,菱形12面体と菱形30面体を頂点,辺,面を使って,内接・外接させることは可能か?

 菱形12面体と菱形30面体は球に外接する.その双対である立方8面体と12・20面体は球に内接する.したがって,この問題は頂点,辺,面を使って,立方8面体と12・20面体を内接・外接させることは可能か?と同値である.

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