■菱形多面体(その8)

 n次元立方体が正2n角形となるような方向に投影します.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7)での問題点は,

1)菱形90面体は2種類の菱形(白銀菱形,黄金2乗菱形)からなる.しかるに,10次元立方体を投影すると正20角形になり,π/10菱形10個,π/5菱形10個,3π/10菱形10個,2π/5菱形10個,正方形5個の5種類に分解可能であること

2)菱形132面体は3種類の菱形(細い菱形48枚,中間型36枚,太った菱形48枚)からなる.しかるに,12次元立方体を投影すると正24角形になり,π/12菱形12個,π/6菱形12個,π/4菱形12個,π/3菱形12個,5π/12菱形12個,正方形6個の6種類に分解可能であることで,菱形の数の整合性がとれないという点でした.

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【1】菱形多面体の必要条件

 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.

 まず,2種類の菱形(a1+o1=π,a2+o2=π)でできる菱形多面体について考えてみましょう.菱形の鋭角と鈍角の和は180°ですから,

  a1<a2<π/2<o2<o1

としても一般性を失いません.頂点に4つ以上の鈍角が集まることは不可能です.頂点に集まる角がすべて鈍角である場合について場合分けしてみると,

  o1^3 → o1<120°のとき可能

  o1^2o2 → o1<135°のとき可能

  o1o2^2 → 可能

  o2^3 → 可能

すなわち,合同な菱形だけでできている菱形多面体では菱形の鈍角が120°,2種類の菱形でできている菱形多面体では135°より小さいことが必要になります.

 そこで,試しに

  45°<a1<60°<a2<90°<o2<120°<o1<135°

とおいてみます.o2=120°(a2=60°)の菱形では平面充填形となってしまいますから,o2<120°を有する菱形多面体の面は,正三角形を2個つなげた菱形(対角線の長さの比が1:√3)よりも太っていることが必要で,黄金比(a2=63.435°)や1:√2(a2=70.5288°)の菱形などがその候補となるというわけです.また,白銀2乗菱形はa1=53.1301°ですが,黄金2乗菱形の頂角は41.8103°ですから,候補から外れてしまいます.

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 鋭角が60°より大きい菱形が頂点に集まる角がすべて鋭角である場合は最大1頂点に5枚ですから,4枚または5枚ということになります(a2^5,a2^4).また,鋭角が45°より大きい菱形が頂点に集まる角がすべて鋭角である場合は最大1頂点に7枚ですから,5枚,6枚または7枚ということになります(a1^7,a1^6,a1^5).このように,6つ以上の角が集まることも可能になります.

 正則な多面体とはその面が正多角形で,どの面にも同じ数の面が集まっている凸多面体のことで,正多面体では

  pf=2e,qv=2e

でしたが,正則とは限らない一般の多面体では

  Σpi=p1+・・・+pf=2e,

  Σqi=q1+・・・+qv=2e

となります.

 可能な場合を求めてみると

[1]q=3

o2o1^2,o2^2o1,o2^3,

a2o1^2,a2o2o1,a2o2^2,a2^2o1,a2^2o2,

a1o1^2,a1o2o1,a1o2^2,a1a2o1,a1a2o2,a1^2o1

[2]q=4

a2o2^3,a2^2o2o1,a2^2o2^2,a2^3o1,a2^3o2,a2^4,

a1o2^2o1,a1o2^3,a1a2o1^2,a1a2o2o1,a1a2o2^2,a1a2^2o1,a1a2^2o2,a1a2^3,a1^2o1^2,a1^2o2o1,a1^2o2^2,a1^2a2o1,a1^2a2^2,a1^3o1,a1^3o2,a1^3a2,

[3]q=5

a2^4o2,a2^5,

a1a2^2o2^2,a1a2^3o1,a1a2^3o2,a1a2^4,a1^2a2o2^2,a1^2a2^2o1,a1^2a2^2o2,a1^2a2^3,a1^3o2o1,a1^3o2^2,a1^3a2o1,a1^3a2o2,a1^3a2^2,a1^4o1,a1^4o2,a1^4a2,a1^5

[4]q=6

a1a2^5,a1^2a2^4,a1^3a2^2o2,a1^3a2^3,a1^4a2o2,a1^4a2^2,a1^5o1,a1^5o2,a1^5a2,a1^6

[5]q=7

a1^5a2^2,a1^6a2,a1^7

となってまだまだ絞りきれません.

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【2】雑感

 これでは何の手がかりも得られていないことと同じことです.3種類以上の菱形でできている菱形多面体の場合はもっと複雑になりますから,ひょっとすると菱形多面体(ロンボイド)に対する考察は泥沼化してしまったのかもしれません.

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