■正多面体の正多角形断面(その13)

 立方体の中心を通る平面を

  ax+by+cz=0,a=1,b>0,c>0

  x+by+cz=0,a=1,b>0,c>0

とする.

 4辺との交点を

  A:y=−1,z=1→x−b+c=0,x=b−c

  C:y=1,z=−1=x+b−c=0,x=ー(b−c)

  b<cとしても一般性を失わない.

  B:x=−1,y=1→−1+b+cz=0,z=(1−b)/c

  D:x=1,y=−1→1−b+cz=0,z=−(1−b)/c

  b<1としても一般性を失わない.

とする.

  A(b−c,−1,1)

  B(−1,1,(1−b)/c)

  C(−(b−c),1,−1)

  D(1,−1,−(1−b)/c)

CB(−1+b−c,0,(1−b)/c+1)

CD(1+b−c,−2,−(1−b)/c+1)

正方形となるためには

[1](−1+b−c)^2+((1−b)/c+1))^2

=(1+b−c)^2+4+((1−b)/c−1))^2

[2](−1+b−c)(1+b−c)+((1−b)/c+1))(−(1−b)/c+1)=0

[1]−2(b−c)+2(1−b)/c=2(b−c)+4−2(1−b)/c

(b−c)−(1−b)/c+1=0

[2](b−c)^2−1+1−{(1−b)/c}^2=0

(b−c)=−(1−b)/c

 2(b−c)+1=0,b−c=−1/2

 −2(1−b)/c+1=0

 −2(1−b)+c=0→2b+c=2

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[まとめ]以上より,断面が正方形となるのはb=1/2,c=1のときに限られることがわかる.ニューランドはこのようにしてルーパート王子の問題を解いたのだと思われる.

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