■正四面体の断面(その8)

 正多面体の点心図,辺心図,面心図をみると,その中に正射影として輪郭が正多角形に見える方向があります.たとえば,正四面体の4つの頂点は同一平面上にありませんが,辺心図をみると輪郭は正方形に見えます.

  立方体 → 点心図が正六角形に見える

  正四面体 → 辺心図が正方形に見える

  正八面体 → 面心図が正六角形に見える

  正十二面体 → 面心図が正十角形に見える

  正二十面体 → 点心図が正十角形に見える

 これらの正射影では,もとの正多角形の辺の中点をうまく結んだ正多角形ができます.この正多角形をペトリー多角形,この面をペトリー面(赤道面)といいます.

 n次元正単体の場合,辺の中点を通るかどうか定かではないところもあるが,

[1]立方体:奇数次元では辺の中点を通るが,偶数次元では通らない.

[2]正軸体:偶奇に関わらず辺の中点を通る.

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【1】立方体の場合

 立方体の8個の頂点を(±1,±1,±1)とし,(1,1,1)と(−1,−1,−1)を結ぶ対角線に直交する平面:x+y+z=0で切った切り口を求めると,

  (−1,0,1),(0,−1,1)

  (−1,1,0),(1,−1,0)

  (1,0,−1),(0,1,−1)

となり,正六角形f=(6,6)が得られるというわけである.位相的には{3}(11)に等しい.

 4次元では16個の頂点を(±1,±1,±1,±1)とし,切断面:x+y+z+w=0で切った切り口を求めると,+1は2個,−1が2個の座標をもつ6頂点

  (−1,−1,1,1),(−1,1,−1,1),(1,−1,−1,1)

  (−1,1,1,−1),(1,−1,1,−1),(1,1,−1,−1)

からなる図形であること判明する.これは正八面体f=(6,12,8)である.位相的には{3,3}(010)に等しい.

 5次元でも同様に32個の頂点を(±1,±1,±1,±1,±1),切断面:x1+x2+x3+x4+x5=0で切った切り口を求めると,+1は2個,−1が2個,0が1個の座標をもつ30頂点からなる図形f=(30,60,40,10)である.位相的には{3,3,3}(0110)に等しい.

 6次元では,+1は3個,−1が3個の座標をもつ20頂点からなる図形f=(20,90,120,60,12)である.位相的には{3,3,3,3}(00100)に等しい.

 7次元では,+1は3個,−1が3個,0が1個の座標をもつ140頂点からなる図形f=(140,420,490,280,84,14)である.位相的には{3,3,3,3,3}(001100)に等しい.

 8次元では,+1は4個,−1が4個の座標をもつ70頂点からなる図形f=(70,540,1120,980,448,112,16)である.位相的には{3,3,3,3,3,3}(0001000)に等しい.

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【2】正軸体の場合

 正八面体の6個の頂点を(±2,0,0),(0,±2,0),(0,0,±2)とし,平面:x+y+z=0で切った切り口を求めると,

  (−1,0,1),(0,−1,1)

  (−1,1,0),(1,−1,0)

  (1,0,−1),(0,1,−1)

となり,正六角形f=(6,6)が得られるというわけである.位相的には{3}(11)に等しい.

 4次元では8個の頂点を(±2,0,0,0),(0,±2,0,0),(0,0,±2,0),(0,0,0,±2)とし,切断面:x+y+z+w=0で切った切り口を求めると,+1は1個,−1が1個,0が2個の座標をもつ12頂点

  ±(1,−1,0,0),±(1,0,−1,0),±(1,0,0,−1)

  ±(0,1,−1,0),±(0,1,0,−1),±(0,0,1,−1)

からなる図形であること判明する.これは立方八面体f=(12,24,14)である.位相的には{3,3}(101)に等しい.

 5次元でも同様に10個の頂点を(±2,0,0,0,0),(0,±2,0,0,0),(0,0,±2,0,0),(0,0,0,±2,0),(0,0,0,0,±2),切断面:x1+x2+x3+x4+x5=0で切った切り口を求めると,+1は1個,−1が1個,0が3個の座標をもつ20頂点からなる図形f=(20,60,70,30)である.位相的には{3,3,3}(1001)に等しい.

 6次元では,+1は1個,−1が1個,0が4個の座標をもつ30頂点からなる図形f=(30,120,210,180,62)である.位相的には{3,3,3,3}(10001)に等しい.

 7次元では,+1は1個,−1が1個,0が5個の座標をもつ42頂点からなる図形f=(140,420,490,280,84,14)である.位相的には{3,3,3,3,3}(100001)に等しい.

 8次元では,+1は1個,−1が1個,0が6個の座標をもつ56頂点からなる図形f=(56,336,980,1680,1736,1008,254)である.位相的には{3,3,3,3,3,3}(1000001)に等しい.

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