■置換多面体の空間充填性(その32)

 一般に,2^n+2n胞体では,

[a]nが奇数のとき

  f0=n!/{(n−1)/2}!{(n−1)/2}!・2^(n+1)/2

  f1=3f0・(n−1)/4

[b]nが偶数のとき

  f0=n!/{n/2}!{n/2}!・2^n/2

  f1=f0(n/2)^2

が成り立つ.

 n=4のとき,すなわち,正24胞体について,個別に検討したい.

===================================

 頂点P(x,x,0,0)の置換は4!/2!2!=6個(=正八面体)ありますが,直接,点P(x,x,0,0)と結ばれる第1象限内の点はP1(x,0,x,0),P2(x,0,0,x),P3(0,x,x,0),P4(0,x,0,x)の4点です.

 また,頂点P(x,x,0,0)の周囲には6点(x,±x,0,0),(x,0,±x,0),(x,0,0,±x)からなる正八面体ができますが,直接,点P(x,x,0,0)と結ばれる第1象限以外の点はP5(x,0,−x,0),P6(x,0,0,−x),P7(0,x,−x,0),P8(0,x,0,−x)の4点です.

 すなわち,形状ベクトル(0,1,0,0)では,m=8となり,頂点P(x,x,0,0)の置換は4!/2!2!=6個(=正八面体)あります.胞の位置には全部で16個の正八面体ができます.また,頂点P(x,x,0,0)の周囲には6点(x,±x,0,0),(x,0,±x,0),(x,0,0,±x)からなる正八面体ができるので,16+8=正24胞体となるわけです.

 P1−P−P2: cosθ=1/2

 P1−P−P3: cosθ=1/2

 P1−P−P4: cosθ=0

 P1−P−P5: cosθ=0

 P1−P−P6: cosθ=1/2

 P1−P−P7: cosθ=−1/2

 P1−P−P8: cosθ=0

 P2−P−P3: cosθ=0

 P2−P−P4: cosθ=1/2

 P2−P−P5: cosθ=1/2

 P2−P−P6: cosθ=0

 P2−P−P7: cosθ=0

 P2−P−P8: cosθ=−1/2

 P3−P−P4: cosθ=1/2

 P3−P−P5: cosθ=−1/2

 P3−P−P6: cosθ=0

 P3−P−P7: cosθ=0

 P3−P−P8: cosθ=1/2

 P4−P−P5: cosθ=0

 P4−P−P6: cosθ=−1/2

 P4−P−P7: cosθ=1/2

 P4−P−P8: cosθ=0

 P5−P−P6: cosθ=1/2

 P5−P−P7: cosθ=1/2

 P5−P−P8: cosθ=0

 P6−P−P7: cosθ=0

 P6−P−P8: cosθ=1/2

 P7−P−P8: cosθ=1/2

 正方形と正六角形は関与しないので

  f2=(12/3)・f0=96

となって正解が得られた.三角形ばかりの場合だと簡単だ.

 次はf3の番であるが,

 P1−P−P2: cosθ=1/2

 P1−P−P3: cosθ=1/2

 P2−P−P3: cosθ=0

は正八面体構造である.このような正八面体構造が6つあるので,

  f3=6/6・f0=24

===================================