■空間充填多面体の求積(その3)
[Q]1辺の長さが√2の正四面体の体積を求めよ.
[A]正攻法(馬鹿正直)に求めてもよいが,1辺の長さが1の立方体に内接させると
V=1−4/6=1/3
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多面体の求積では,角錐分解以外にも
[1]等積変形・変身させる
[2]空間充填を利用する
[3]平行六面体に分解する
などの方法が考えられる.
[1]変形・変身の利用
たとえば,菱形12面体を分解すると立方体を2個作ることができる.実際,菱形12面体の体積は,その頂点をうまく選んでできる内接立方体の2倍である.
逆に,2個の切頂八面体を分解すると立方体を作ることができる.このことから切頂八面体の体積は,外接立方体の1/2倍である.
[2]空間充填の利用
J91の体積を求めよという問題が出たら,多くのひとは途方に暮れるだろうが,それほど絶望的な問題ではない.正12面体と立方体とJ91による空間充填を利用するのである.
立方体の体積をa^3とすると
正12面体の体積は(15+7√5)/4・a^3
このことがわかれば
J91の体積は(17+9√5)/12・a^3
になることは容易に求められるのである.
[3]平行六面体分解
2次の行列式の絶対値は平行四辺形の面積,3次の行列式の絶対値は平行六面体の体積になる.
一般に,n次行列式は平行2n面体の符号つき体積を表す.このことを利用したミンコフスキー和の計算結果についてまとめておきたい.以下に辺の長さを1に規格化した体積を掲げる.
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【1】平行多面体
立方体: 1
正六角柱: 3√3/2
切頂八面体: 8√2
菱形十二面体: 16√3/9
長菱形十二面体: 16√3/9+8/3
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【2】黄金菱形多面体
菱形30面体: 4τ{(5+√5)/2}^1/2
菱形20面体: 2τ{(5+√5)/2}^1/2
菱形12面体(第2種): 4τ/5{(5+√5)/2}^1/2
扁長菱形6面体: 2/5{(5+√5)/2}^1/2
扁平菱形6面体: 2/(5τ)・{(5+√5)/2}^1/2
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