■立方体に内接する最大の正多面体(その3)

 (その1)では立方体に内接する最大の正八面体,(その2)では立方体に内接する最大の正十二面体の問題を取り上げたが,今回のコラムではそれを木工製作手順に焼き直してみたいと思う.

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【1】正十二面体の切削角度の計算

 木工製作のためには切削角度を計算しなければならないが,その際,すべての頂点の座標を求める必要はなく,点心図の中心に配置した頂点の座標(c,c,c)だけで十分である.

 頂点間距離の関係より

  2(3c^2)^1/2=2(1+d^2)^1/2

  c^2=(1+d^2)/3,c=1/φ=0.618034

切削を開始する辺の中点は

  ((a+b)/2,(a+b)/2,L)

であるから(c,c,c),(L,L,L)の関係より切削角は17.3583°と46.0767°と計算される.

 また,もとの立方体の1辺の長さを2とすると,もとの立方体表面に残る1本の稜の長さは

  2d/L=.788567

切削を開始する辺の端点と中点は

  (a/L,b/L,1)=(.0977826,-.459818,1)

  ((a+b)/2L,(a+b)/2L,1)=(-.181018,-.181018,1)

正方形面の中心からこの辺までの距離は

  |(a+b)/√2L|=.255998

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【2】正八面体の切削角度の計算

 立方体の頂点からでる3本の辺を3:1に内分する3点をとります.その頂点の対蹠頂点からでる3本の辺を3:1に内分する3点をとり,この6点を選べば立方体に内接する最大の正八面体が得られます.

 この正八面体の2面は立方体の切頂面になるのですが,切頂の深さは切頂八面体の場合と同じ3:1内分点で,その切削角度は

  tanθ=√2   → θ=54.7357°(切頂面)

  tanθ=√2/5 → θ=15.7932°(隣接面)

となります.

 以下に,中川宏さんが同じ立方体から切り出した正八面体の体積比較(約3倍)とその木工製作過程を掲げます.最初に切頂の足場作りのために45°切稜してから,切削角度54.7357°で切頂面を削り,引き続いて切頂面と隣り合う薄い切頂切稜面を切削角度15.7932°で削り取ります.

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