■4次元の雪,5次元の雪,6次元の雪,・・・(その22)

 高次元の正多面体群について,コクセターはn次元ユークリッド空間の反転によって生成される群の研究を進め,コクセター群とよばれる一連の群について詳しく研究した.

 詳細については

  一松信「高次元の正多面体」日本評論社

をご覧頂きたいのであるが,n次元ユークリッド空間の変換群で,その基本領域が単体(正多胞体の基本単体)になるものの決定である.

 正多面体群とリー群との関連では,n次元の正単体群はAn,超立方体群はBnまたはCn,3次元の正二十面体群はH3(G3),4次元の正24胞体群はF4,4次元の正600胞体群はH4(G4)と関連している.

  ・−・・・・・−・  (An:n≧2のとき位数2の自己同型がある)

         /

  ・−・・・・・    (Dn:n≧4のとき位数2の自己同型がある)

         \

          ・

      3

     /

  1−2    (D4:位数3の自己同型がある)

      4

      4

      |

  1−2−3−5−6  (E6:位数2の自己同型がある)

  1=2 (B2)  1≡2 (G2)  1−2=3−4 (F4)

  1≡2−3 (H3)  1≡2−3−4 (H4)

 ここで,H3(G3),H4(G3)はG2に1個または2個の節点をつないだグラフであり,単純リー群では許されない形である(拡張されたディンキン図形).また,例外群はDn,E6,E7,E8のいずれかの形になることが示されている.

 ユークリッド空間の有限群(正多面体)または無限離散群(空間充填形)になるのは,4つの無限系列(An,Bn,Cn,Dn)と6つの例外的な場合(G3,F4,G4,E6,E7,E8)に限るのである.

 単独で空間を充填する平面充填正多角形は3種類(正三角形・正方形・正六角形),空間充填正多面体は1種類(立方体)である.それに対して,4次元空間を1種類の正多胞体で埋めつくす図形は,正8胞体,正16胞体,正24胞体の3種類であり,4次元の最密正則胞体充填構造は,正24胞体で埋めつくされているときであることが知られている.

 正24胞体に相当する3次元正多面体はない.なぜかというと,正24胞体は自己双対かつ中心対称であり,3次元空間でそれに対応する正多面体はないからである.実は24胞体は,すべての次元を通じて,単体以外の唯一の自己双対な正則胞体であって,例外中の例外といってもよいものなのであるが,この正24胞体は1つの例外型対称群F4をもつことが知られている.

 正24胞体は単体以外の唯一の自己双対な正則胞体であるという事実がF4と関係しているらしく,この点もまた注目すべきものである.

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