■正多面体のペトリー面と閉測地線

【1】ペトリー面

 正多面体の点心図,辺心図,面心図をみると,その中に正射影として輪郭が正多角形に見える方向があります.たとえば,正四面体の4つの頂点は同一平面上にありませんが,辺心図をみると輪郭は正方形に見えます.

  立方体 → 点心図が正六角形に見える

  正四面体 → 辺心図が正方形に見える

  正八面体 → 面心図が正六角形に見える

  正十二面体 → 面心図が正十角形に見える

  正二十面体 → 点心図が正十角形に見える

 これらの正射影では,もとの正多角形の中点をうまく結んだ正多角形ができます.この正多角形をペトリー多角形,この面をペトリー面(赤道面)といいます.

 正四面体の場合,互いにねじれの位置にある稜に平行な平面によって切断したものであり,立方体の場合は対角線に垂直な平面で切断したものである.

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【2】正多面体の閉測地線

 正八面体の1辺の長さを1として,正八面体には自己交差しない閉測地線が2本ある.

[1]正八面体のペトリー面(正六角形):周長は3

[2]非平面的な閉測地線:周長は2√3

 立方体の1辺の長さを1として,立方体には自己交差しない閉測地線が3本ある.

[1]正立方体のペトリー面(正六角形):周長は3√2

[2]平面的な正方形:周長は4

[3]非平面的な閉測地線:周長は2√5

 正20面体の1辺の長さを1として,正20面体には自己交差しない閉測地線が3本ある.

[1]正20面体のペトリー面(正十角形):周長は5

[2]非平面的な閉測地線:周長は3√3

[3]非平面的な閉測地線:周長は2√7

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【3】閉曲面の閉測地線

 一般の凸な多面体上には単純な閉測地線は存在しないが,あらゆる滑らかで凸な閉曲面には単純閉測地線が3本ある.これはポアンカレによって予想され,1930年にリュステルニクとシュニレルマンによって証明された.楕円面の場合,3枚の対称面と楕円面との交わりである.

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