■デーン不変量と二面角の幾何学(その12)

 ペトリーは4次元の図形を「直観的に見る」ことができたといわれています.もっともこれは例外中の例外で,いくら直観派の人間であっても4次元以上の空間は直接眼に見えません.しかし,3次元の場合の類推として考えることは可能です.

 4次元正120胞体の構成は4次元正正多胞体のなかでも最も厄介ですが,600個の頂点の座標は

  (±2,±2,0,0),(±√5,±1,±1,±1),(±τ,±τ,±τ,±1/τ^2),(±τ^2,±1/τ,±1/τ,±1/τ)の置換と(±τ^2,±1/τ^2,±1,0),(±√5,±1/τ,±τ,0),(±2,±1,±τ,±1/τ)の偶置換で与えられます.

 正120胞体の頂点をうまくとると,他の正5,8,16,24,600胞体をすべて作ることができます.その意味で,正120胞体は4次元の万有正多面体です.3次元の正12面体の頂点からは正4面体と立方体を作ることができますが,正8面体と正20面体は面の中心を使わなければ作ることができません.その二面角を求める場合,図形的な方法や計量的な方法が考えられます.

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【1】正120胞体の二面角(図形的な方法)

 正120胞体の胞心模型の外形は切頂菱形30面体である.できあがったものをよく見ると平面につぶれた切頂黄金菱形30枚が外回りに現れている.これは退化した正十二面体であり,裏に隠れる瞬間の正十二面体と考えることもできる.

 したがって,正120胞体の二面角は菱形30面体の二面角144°に等しいことがわかる.

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【2】正120胞体の二面角(計量的な方法)

 座標を使って計算してみよう.退化した正十二面体の辺心を通るベクトルは胞心も通る.そこで隣接する退化した正十二面体の辺心の座標を求めてみると,辺心Aは頂点(τ^2,0,1/τ,1)と頂点(τ^2,0,−1/τ,1)の中点で,

  A(τ^2,0,0,1)

辺心Bは頂点(√5,1,1,1)と頂点(2,τ,1/τ,1)の中点で、  B((2+√5)/2,(τ+1)/2,(1/τ+1)/2,1)

  =((2τ+1)/2,(τ+1)/2,τ/2,1)

 これから辺心間=胞心間ベクトルのなす角を計算すると

  cosθ=5/6

となって,どうしても図形な方法で求めた値と合致しない.

 そのため手間取っていたのであるが,どうやら中心を(0,0,0,0)と考えていたのが間違いだったようである.中心を(0,0,0,1)にとると,辺心ベクトルは

  (τ^2,0,0,1)

  ((2τ+1)/2,(τ+1)/2,τ/2,0)

となり,

  cosθ=(1+√5)/4

  cosδ=−(1+√5)/4   (δ=144°)

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