■デューラーの八面体の設計(その4)

 いまある試作品は,内側の多面体が外側の多面体の単純な縮小であって,しまも中心位置が偏って埋まっている.そこで,内側の多面体が少し回転して埋もれていてもおもしろいかとも思う.

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 その際の回転行列であるが,たとえば,n↑=(−1,0,0)とすると

  R(1,1)=(1-cosθ)+cosθ=1

  R(2,2)=cosθ

  R(3,3)=cosθ

  R(2,3)=-sinθ

  R(3,2)=sinθ

=[1,0,0]

 [0,c,−s]

 [0,s,c]

となり,z軸を中心とする回転を表す式と一致する.

 3次元空間の図形なら,この行列による1回の変換だけでどの方向にも向けることができる.すなわち,3次元正規直交行列のうち軸を反転しないものはすべてこの形に書き表すことができるのである.[補]4次元空間の図形でも,1回の変換だけでどの方向にも向けることができる行列はあるが,かなり荘厳な(いかめしい)ものになった.

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 (その2)ではθ=π/3としたが,天地逆転であるから,θ=πでもよいはずである.その場合,

  R(1,1)=α^2(1-cosθ)+cosθ=2α^2−1

  R(2,2)=β^2(1-cosθ)+cosθ=2β^2−1

  R(3,3)=γ^2(1-cosθ)+cosθ=2γ^2−1

  R(1,2)=αβ(1-cosθ)+γsinθ=2αβ

  R(2,1)=αβ(1-cosθ)-γsinθ=2αβ

  R(1,3)=αγ(1-cosθ)-βsinθ=2αγ

  R(3,1)=αγ(1-cosθ)+βsinθ=2αγ

  R(2,3)=βγ(1-cosθ)+αsinθ=2βγ

  R(3,2)=βγ(1-cosθ)-αsinθ=2βγ

 さらに,β=0であるから,回転行列Rは

R=[2α^2−1,0,2αγ]

  [0,−1,0]

  [2αγ,0,2γ^2−1]

となって,回転後のy座標が負になってしまう・・・???

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