■多面体巡礼の双対問題(その8)

 立方体に正四面体を内接させることができることは,最初ケプラーにより指摘されたことからケプラー四面体と呼ばれる.また,立方体に2個の正四面体を天地逆転させて重ねて内接させた相貫体にはケプラー八角星(星形八面体)という名前がつけられている.一般に,プラトン立体の複合多面体は2つのプラトン立体をそれぞれの辺が直角に2等分されるように配置したものである.

 立方体に内接する2つの正4面体の他にも,正12面体の頂点の8つを選ぶと立方体の頂点となり,そのような選び方は合計5通りあるから,立方体に外接する5つの正12面体なども考えることができる.実際,正12面体にそれぞれ色の違う5つの立方体を内接させることができるような数学用模型がいくつも作られている.今回のコラムでは,2個以上の正多面体を組み合わせた立体のintersectionについて考えてみよう.

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【1】複合正多面体のintersection

 同じ正多面体を中心が重なるように合わせたもので,正4面体を2つ,屋根瓦状にあわせたケプラーの「星形8面体」は最も簡単なものです.このとき,8個の頂点は立方体の頂点をなします.残りの4つは以下のものになります.

  正4面体を5つあわせたもの

  正4面体を10個あわせたもの

  立方体を5つあわせたもの

  正8面体を5つあわせたもの

 前3者は頂点を正12面体の頂点の位置に配置したもので,正8面体を5つあわせた複合多面体の頂点は20・12面体になります.また,組み合わせた正多面体すべてのintersectionは立方体を5つあわせたものでは菱形30面体に,その他のintersectionは正20面体になります.

                  核(intersection)   殻(頂点)

  正4面体を2つあわせたもの   正8面体        立方体

  正4面体を5つあわせたもの   正20面体       正12面体

  正4面体を10個あわせたもの  正20面体       正12面体

  立方体を5つあわせたもの    菱形30面体      正12面体

  正8面体を5つあわせたもの   正20面体       20・12面体

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