■デューラーの八面体の設計(その1)
【1】菱形六面体の計量
菱形の対角線の長さを2dと2,1<d<√3とします.この菱形の鋭角をθとおくと
tan(θ/2)=1/d → θ=2arctan(1/d)
で表されます(60°<θ<90°).
また,菱形の鋭角が3つ集まって構成される頂点を原点として,この菱面格子の3つの基本ベクトルを
a↑=(d,1,0)
b↑=(d,−1,0)
c↑=(x,0,z),x^2+z^2=d^2+1
とおきます.
次に,xとzをdで表してみることにしましょう.
a↑・c↑=(d^2+1)cosθ=dx
より
x=(d^2+1)/dcosθ
=(d^2+1)/dcos(2arctan(1/d))
=(d^2−1)/d
z^2=d^2+1−x^2=3−1/d^2
菱形六面体の8頂点は
(0,0,0),(2d+x,0,z)
(d,1,0),(d,−1,0),(2d,0,0)
(x,0,z),(d+x,1,z),(d+x,−1,z)
ですが,このように菱形六面体の計量値はすべてパラメータdを用いて表すことができます.
また,この中心座標は(d+x/2,0,z/2)で与えられます.
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【2】菱形六面体の切頂
菱面体の中心の座標は(d+x/2,0,z/2)ですから,8頂点のうち6つ
(d,1,0),(d,−1,0),(2d,0,0)
(x,0,z),(d+x,1,z),(d+x,−1,z)
までの距離Rはすべて等しく
R^2=(x^2+z^2)/4+1=(d^2+1)/4+1
と計算されます.すなわち,これらは半径Rの同心球面上に位置します.
しかし,菱形の鋭角が3つ集まって構成される2つの頂点
(0,0,0),(2d+x,0,z)
はこの球には内接しません.そこで,この頂点を切頂して同心球面上に位置するようにします.
球との交点を,パラメータt(0<t<1)を用いて
(td,t,0),(td,−t,0),(tx,0,tz)
とすると,tは2次方程式
(d^2+1)t^2−(3d^2−1)t+2d^2−2=0
の解に帰着され
t=2(d^2−1)/(d^2+1)
と計算されます.
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【3】デューラーの八面体の12頂点の座標(x’,y’,z’)
(d,1,0),(d,−1,0),(2d,0,0)
(x,0,z),(d+x,1,z),(d+x,−1,z)
(td,t,0),(td,−t,0),(tx,0,tz)
(2d+x−td,−t,z),(2d+x−td,t,z),(2d+x−tx,0,z−tz)
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