000−裏銀河幼稚園園長より一言 |
この度の裏銀河幼稚園へのご入園、おめでとう。この裏教室において諸君は<正多面体>すなわち「プラトン立体」、及び<準正多面体>もしくは「アルキメデス立体」、そしてそれらの周辺の諸立体の上に、様々な関係性を見ていくことになる。 この機会に新入園児の諸君及びその保護者諸氏が、通常の学校ではきちんと教えてくれなかった、この空間における対称性の美しさを堪能し、それらと戯れることができるならば、当方の労苦にもなんらかの意味が付与されるだろう。 (銀河幼稚園園長:黄色い惑星の太陽)
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001−プラトン立体の名のいわれ |
正多面体には5つの種類がある。いわゆる正4面体、正6面体、正8面体、正12面体、正20面体である。 紀元前1000年頃には、エトルリアで正12面体をサイコロにしていたという証拠が残っている。また紀元前4世紀にはギリシアのプラトンがこの5つの立体を手にして、自らの論を展開した。2世紀後にはユークリッドが自らの幾何学の著書の中で、この立体に彼の偉大な業績を称えて「プラトン立体」と名を冠している。
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002−プラトン立体は5個だけか? |
また多面体を作るには最低でも3本の線が1点に集まる必要がある。1点に3本、4本、5本。では6本の線が集まったらどうだろう?それらが作る正多角形は正3角形である。そして1点に6つの正3角形が集まると、どこまでも平面になってしまい、これまた正多面体とはならないのである。
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003−デルタ多面体は8種類 |
実はこのような立体をデルタ多面体という。そして無限にありえるように思えるが、現実には上述したような理由から8つしかありえない。つまりデルタ4面体、デルタ6面体、デルタ8面体、デルタ10面体、デルタ12面体、デルタ14面体、デルタ16面体、デルタ20面体である。 そしてそのうちのデルタ4面体、デルタ8面体、デルタ20面体とは、プラトン立体の正4面体、正8面体、正20面体と同じなのである。なおデルタ18面体というものもありそうだが、それは一部凹部となってしまうので、デルタ多面体にはならないのである。
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この関係はミクロ・マクロの方向にどこまでも続く。つまり変換時の比率自体は存在するがこの関係性自体は現実的に固定した大きさには左右されないのである。このような操作を面点変換という。そして面点変換できる立体のペアを双対立体という。 (※)このパレット004に対する質問あり。RESを見るには→GO RES001 |
005−正12面体と正20面体の双対性 |
同様にして正12面体と正20面体も双対の関係にあることが分かる。これらの関係は、それぞれの立体の面・点・線の数的関係をみても理解できるだろう。正6面体の6面と8点が正8面体の8面と6点に変換するのだが、それをつないでいる線の数は双方共12本である。 この正12面体もまた12面と20の点が、正20面体の12の点と20の面に変換しているが、それらをつないでいるのは30本の線である。
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006−正4面体の自己双対性 |
次に正4面体の面点変換を見てみよう。4つの面それぞれの中心をつなぐと、その中に引っ繰り返った正4面体が現れる。そしてもう1度それを面点変換すると、再び同じ方向の小さな正4面体が現れてくる。正4面体は自分自身と双対の関係にあるのだ。 なお、この大、中、小の正4面体の間の体積比は729:27:1(=36:33:30)である。ここにある27+1=28で364/13や、729+1=730で365×2であることなどを自習しておくように。
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007−双対立体同士の相貫体 |
正6面体と正8面体、正12面体と正20面体、そして正4面体と正4面体が面点変換できるのは、それぞれの線が同数だったからである。ではこれらの双対立体がちょうどうまく重なるように線を交差させると、それぞれの線は互いに相手の線を等分する点で直交することになる。このようにしてできた立体を相貫体という。 プラトン立体 面数 点数 線数
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008−相貫体からできる菱形多面体 |
ケプラーの星型8面体からは対角線比が1:1の正方形が6面の正6面体ができる。正8−6相貫体からは対角線比が1:√2の菱形が12面の菱形12面体ができる。そして正20−12相貫体からは、対角線比が1:黄金分割比φ(ファイ)の菱形30面体ができるのである。これらのことからも、正方形は菱形の特別な形であることがわかる。
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