■デューラーの八面体の設計(その22)

【1】切頂立方体におけるS^3/V^2比の最小化

  3S’V−2SV’=0

より,S^3/V^2が最小値をとるdを求めると

  d=3−√3

となって,内接球をもつための条件と一致しました.したがって,等周比の点からいうと,内接球をもつ「切頂14面体」が最も球に近いことになります.

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【2】切稜立方体におけるS^3/V^2比の最小化

 切稜18面体はパラメータdによってその形や表面積,体積が決定されます.

正方形面の頂点の座標:(d/2,d/2,1)

六角形面の頂点の座標:(d/4+1/2,d/4+1/2,d/4+1/2)

六角形面の中心の座標:(d/4+1/2,d/4+1/2,0)

ですから,

正方形面の面積:S4=d^2

六角形面の面積:S6=(3d/2+1)(1−d/2)/√2

また,

原点から正方形面の中心までの距離:H4=1

六角形面の中心までの距離:H6=(d/4+1/2)√2

 以上により

  表面積:S=6S4+12S6

       =(6−9/√2)d^2+6√2d+6√2

       =(24−36/√2)r^2+12√2r+6√2

  体積:V=2S4H4+4S6H6

      =−3/4d^3+3/2d^2+3d+2

      =−6r^3+6r^2+6r+2

が得られます(0≦d≦2,0≦r≦1).

  3S’V−2SV’=0

より,S^3/V^2が最小値をとるrを求めると

  r=√2−1

となって,切稜18面体が内接球をもつ条件と一致しました.したがって,等周比の点からいうと,内接球をもつ切稜18面体が最も球に近いことになります.

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 なお,「切稜18面体」においてもS^3/V^2が最小値をとる条件と内接球をもつ条件とが一致しましたが,このことは正多面体の切頂多面体,切稜多面体についても一般的にいえることなのかもしれません.確かめたわけではありませんが・・・

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