■デューラーの八面体の製作(その5)
手元に模型があれば直ちにわかると思われるが(模型がないから)デューラーの八面体が内接球をもつかどうかを計算して確かめてみたい.
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まず,切頂前の菱形六面体について,菱面体の中心の座標は(d+x/2,0,z/2)であるから,内接球をもつとしたら,その中心は(d+x/2,0,z/2)であり,半径はz/2となる.
また,
(0,0,0),(d,1,0),(x,0,z),(d+x,1,z)
を含む平面の方程式を,
X+bY+cZ=0
とおくと,
d+b=0,x+cz=0 → b=−d,c=−x/z
より
X−dY−x/zZ=0
となる.
中心(d+x/2,0,z/2)から,この平面までの距離は
|d+x/2−x/2|/√(1+d^2+(x/z)^2)
=d/√(1+d^2+(x/z)^2)
x=(d^2−1)/d
z^2=d^2+1−x^2=3−1/d^2
より,
(x/z)^2=(d^2−1)^2/(3d^2−1)
1+d^2+(x/z)^2=4d^4/(3d^2−1)=4d^4/d^2z^2=4d^2/z^2
中心(d+x/2,0,z/2)から,この平面までの距離は
dz/2d=z/2
が成り立つので(実際に内接するかどうかまではわからないが)各平面(の延長)までの距離は等しい.
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次に,切頂によってできる正三角形面までの距離を求めてみたい.
(td,t,0),(td,−t,0),(tx,0,tz)
を含む平面の方程式を,
X+bY+cZ=D
とおくと,
td+bt=D,td−bt=D,tx+ctz=D → b=0,D=td,c=(d−x)/z
より
X+(d−x)/zZ=td
となる.
中心(d+x/2,0,z/2)から,この平面までの距離は
|d+x/2+(d−x)/2−td|/√(1+((d−x)/z)^2)
=|(3/2−t)d|/√(1+((d−x)/z)^2)
x=(d^2−1)/d
z^2=d^2+1−x^2=3−1/d^2
より,
d−x=1/d
((d−x)/z)^2=1/(3d^2−1)
1+((d−x)/z)^2=3d^2/(3d^2−1)=3/z^2
中心(d+x/2,0,z/2)から,この平面までの距離は
|(3/2−t)d|z/√3
これがz/2と等しくなるためには,
|(3/2−t)d|=2/√3
t=3/5のとき,
d=20/9√3
となり,
d=√(13/7)
と一致しない.→内接球はもたない.
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