■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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