■菱形多面体(その7)

 菱形のすべての稜は2方向,菱形六面体のすべての稜は3方向,菱形十二面体では4方向,菱形三十面体では6方向を向いているのですが,菱形二十面体では5方向,菱形十二面体(第2種)では4方向を向いています.一般にすべての稜がn方向を向くとき,面数はf=n(n−1)となります.

 平行多角形のみで構成される多面体をゾーン多面体といいます.ゾーン多面体は無数にあるのですが,そのうち,ゾーン面は2枚ずつ増やせるので2(n−1)面,天井面と床面はそれぞれ(n−1)(n−2)/2面で

  2(n−1)+2(n−1)(n−2)/2=n(n−1)

という構成になっています.

  f=n(n−1)=2,6,12,20,30,42,56,・・・

  e=2n(n−1)

  v=n(n−1)+2

 合同な菱形だけでできている菱形多面体では,最大1頂点に5つの角が集まることが可能でしたが,2種類以上の菱形でできている菱形多面体では,頂点に6つ以上の角が集まることも可能になります.菱形132面体(トランス型・シス型)は3種類の菱形(細い菱形48枚,中間型36枚,太った菱形48枚)からなりますが,これら3種類の菱形は黄金・白銀菱形,黄金・白銀2乗菱形のどれに相当するのでしょうか.

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【1】n次元立方体の投影

 0次元の点がまっすぐ動くと1次元の線分になる.1次元の線分が平面の上で自分と直角の方向に同じ長さだけ動くと,2次元の正方形になる.2次元の正方形が3次元空間の中で自分と直角方向に1辺の長さだけ動くと,3次元の立方体となる.この3次元立方体が4次元空間の中で自分と直角方向に1辺の長さだけ動くと,同じ大きさの8個の立方体からなる4次元の立方体(正8胞体)になる・・・.

 こうしてn次元立方体ができあがりますが,高次元空間の立方体(±1,±1,±1,・・・,±1)を2次元平面や3次元空間へ射影するとその投影図の稜線はかなり混み入ったものになります,そこで,必要な稜線だけを抽出すると菱形多面体が得られます.

 たとえば,菱形12面体は4次元空間の立方体を3次元空間に射影して必要な稜線だけを抽出したものです.抽出の仕方を変えると正六角柱も得られます.同様に,菱形30面体は6次元空間の立方体を3次元空間に射影したもの,菱形90面体は10次元空間の立方体を3次元空間に射影したもの,菱形132面体は12次元空間の立方体を3次元空間に射影したものに相当する多面体です.

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【2】正2n角形の菱形分割

 n次元立方体[−1,1]^nを(1,1,1,・・・,1)方向の2次元平面に直投影すると,半径√nの円に内接する正2n角形となります.このとき,正2n角形は(n,2)=n(n−1)/2種類の菱形で満たされることになります.これは3次元空間への投影ですが,4次元空間への投影では(n,3)種類の平行六面体で満たされることになります.

 また,正2n角形は何種類かの菱形(正方形を含む)に分割することができます.たとえば,正方形は1種類の正方形,正六角形は1種類の菱形,正八角形は1種類の菱形と正方形,正十角形は2種類の菱形,正十二角形は2種類の菱形と正方形に分割することができます.

 その個数は(iπ/n)<π/2  (iは整数)となるn個の菱形とさらにnが偶数のときにはn/2個の正方形になります.たとえば,正十二角形の場合はπ/6菱形6個(幅の狭いもの),π/3菱形6個(中くらいの幅のもの),正方形3個に分解可能です.正十二角形の菱形分割の仕方は2通り以上ありますが,いずれのときでも菱形3種類をそれぞれ細めの菱形6個,太めの菱形6個,正方形3個を使います.

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【3】稜線抽出

 n次元立方体は,

  頂点数: 2^n,

  稜数:  2^(n-1)n,

  四角形数:2^(n-3)n(n−1)

からなっている.このうち,頂点は(±1,±1,・・・,±1)であるから,確かに2^n個あることがわかるだろう.n次元立方体(正2n胞体)では,各頂点のまわりにはn本の稜,n(n−1)/2本の正方形が集まっている.また,各稜のまわりにはn−1個の正方形が集まっている.

 n次元立方体の各頂点からはn本の稜がでるのであるが,n=12としてどのように稜線を抽出すれば菱形132面体が得られるのか,いまのところ,よいアイディアが浮かばない.今後の研究課題としたい.

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