■高次元の準正多面体(その3)

 準正多胞体とは,母体となる正多胞体と同じ回転対称性と鏡映対称性をもち,2種類の胞が各頂点と各辺の周りに一定の状態で集まる多胞体である.n次元正多胞体において,n−1次元側胞以外の構成要素の中心を頂点とする多胞体がn次元準正多胞体となる(n−1次元側胞以外の構成要素の中心を頂点とする多胞体はn次元正多胞体の双対図形である).準正多胞体は外接n次元球と稜接n次元球をもつ.

 4次元の準正多胞体では,ひとつの正多胞体体からそれに双対な正多胞体に至るまで

  (1)その頂点と辺の中点との間にあるもの

  (2)辺の中点にあるもの

  (3)辺の中点と側面の中心の間にあるもの

  (4)側面の中心にあるもの

  (5)側面の中心と胞の中心の間にあるもの

の5段階の(広義の)準正多胞体があることになる.

 4次元多胞体は正(5,8,16,24,120,600)胞体の6種類ある.

      境界多面体  頂点数  双対性         3次元対応

5胞体   正4面体     5  自己双対(非中心対称) 正4面体

8胞体   立方体     16  16胞体と双対     立方体

16胞体  正4面体     8   8胞体と双対     正8面体

24胞体  正8面体    24  自己双対(中心対称)

120胞体 正12面体  600  600胞体と双対    正12面体

600胞体 正4面体   120  120胞体と双対    正20面体

 正24胞体に相当する3次元正多面体はない.なぜかというと,正24胞体は自己双対かつ中心対称であり,3次元空間でそれに対応する正多面体はないからである.すなわち,正24胞体(24胞,正3角形のみからなる96面,96辺,24頂点)こそが,四次元特有の物体であると考えられるのであるが,正24胞体は,四次元空間で三次元空間の立方体にあたる正八胞体(8胞,24面,32辺,16頂点)と正八面体にあたる正十六胞体(16胞,32面,24辺,8頂点)を重ねてできることから,その意味で4次元版の菱形十二面体に相当するものである.

 4次元の準正多胞体では,ひとつの正多胞体からそれに双対な正多胞体に至るまで5段階の準正多胞体があることは前述したが,自己双対な正5胞体と正24胞体では本質的に3段階の変化があるのみである.正8胞体(4次元立方体)では5段階を経過して双対図形の正16胞体に変化するが,稜に中点に頂点を置くものはは正24胞体に一致する.正120胞体は5段階を経過して双対図形の正600胞体に変化する.

 4次元空間の場合,稜の中点に頂点を置くもの,側面の中心に頂点を置くものが狭義の「準正多胞体」である.ここでは狭義の意味で用いることにするが,側面の中心に頂点を置くものはその双対多胞体の稜の中点に頂点を置くものと一致するから,結局,4次元の狭義の準正多胞体は正(5,8,24,120,600)胞体のそれぞれの稜の中点に頂点を置く5種類あることになる.

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