■正四面体の環(その39)

 同じ大きさの正多面体同士を面と面で接合して,立体環を作ってみる.立方体では8個で環を作ることができる.

 正八面体でも8個で環を作ることができる.正12面体と正20面体も8個で環を作ることができる.

1956年にスタインハウスは問うた。 正四面体の鎖の最後の四面体は最初の四面体と同じになるか?

[Q]正四面体でも環を作ることができるだろうか?  (スタインハウス,1957年)

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[A]不可能.  (シフィエルチェフスキ,1958年)

 しかし,完全な正多面体でなく,1辺の長さを1/500だけ伸ばすと(1→1.00274),48個で環を作ることができるという.

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正四面体の立体らせんでは、ハーレーは

[-1,2/3,2/3,2/3],[1,0,0,0] ,[1,0,0,0] ,[1,0,0,0]

[0,1,0,0] ,[2/3,-1,2/3,2/3],[0,1,0,0] ,[0,1,0,0]

[0,0,1,0] ,[0,0,1,0] ,[2/3,2/3,-1,2/3],[0,0,1,0]

[0,0,0,1] ,[0,0,0,1] ,[0,0,0,1] ,[2/3,2/3/2/3,-1]

を用いていた。この証明でも同様であろう。

Cを頂点Vの対面の重心とするとき

面による反転はVをC+(C-V)=2C−Vに写すので、反転の行列は上のようになる。

しかし、これから0-1行列は得られない→正四面体の鎖の最後の四面体は最初の四面体と一致することはない

高次元では2/3→2/dに置き換えるのであるが、最後の正単体は最初の正単体と一致することはない

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自己交差のない正四面体の鎖の端のずれはどれくらい小さくなるだろうか?

たとえば、辺長1cmの正四面体174個で端のずれは1.3・10^-13で陽子の直径より小さい。

S=M1M2M3M4M2M3M4M2M3M2M1M4M2M3

T=M2M4M3M1M4M3M1M4M3M42M1M4M3

K=SM4S^-1TM1T^-1・・・58個の積

K^3・・・174個

det(λE-K)は固有値1,1,α、α~をもち、αはexp(2iπ/3)に近いので、K^3は単位行列にとても近い〜10^-13

ジョルダン標準形

S^-1MS=M(Jordan)=

[1,0,0,0]

[1,1,0,0]

[0,0,α,0]

[0,0,0,α~]

S^-1M^tS=M(Jordan)=

[1,0,0,0]

[1,1,0,0]

[0,0,α^t,0]

[0,0,0,α~^t]

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540個で端のずれは6・10^-18で陽子の直径より小さい。

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