■求積の多様性を考える(その21)

 円柱を3本にすると同じように得られる曲面立体についてはより複雑になる.

[Q]3本の円柱が直角に交差しているとき,その共通部分の体積は?

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【1】相貫3円柱

(A)半径が等しい3つの円柱を中心軸が直交するように相貫させたとき,その共通部分は立方八面体の双対である菱形12面体を丸く膨らましたような形で12の曲面で囲まれた立体になる.その体積は円柱の直径をdとすると

  (2−√2)d^3

になる.

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【2】相貫4円柱

(A)半径が等しい4つの円柱を中心軸が正4面体の対称性をもって相貫させたとき,その共通部分は菱形立方八面体の双対である凧型24面体を丸く膨らましたような形で24枚の側面をもつ.その体積は円柱の直径をdとすると

  3√2/2(2−√3)d^3

になる.

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【3】相貫6円柱

 3次元空間内では互いに直交する直線は3本とれるが,交角が90°でなければもっと多くの直線をとることができる.

 たとえば,正20面体の最長対角線を6本とることができるが,これが3次元空間で実現できる最大本数である.

 n次元空間では等角x軸構造は

  (n+1,2)=n(n+1)/2

を超えないことがわかっている.n=3のとき,6となる.

 これはn次元置換多面体が(n+1,2)次元立方体のアフィン射影であることと関係しているのである.すなわち,

  切頂8面体は6次元立方体のアフィン射影

  4次元罹患多面体は10次元立方体のアフィン射影

[Q]6本の円柱が等角で交差しているとき,その共通部分の体積は?

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