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「3D凸多面体」にはニセモノが混じってる!・・・イヤな感じ(1)

「プラトン立体:凸の正多面体 Regular polyhedron」は、たった5種類しかないのは皆さんご存じの通りです。 

イラストACから引用「正多面体全種一覧」

「幾何学:きかがく」の教科書においては、そのすぐ次に続くはずの「アルキメデス多面体:凸の半正多面体 Semi-Regular plyhedron」と「準正多面体 Quasi-Regular polyhedron」の話は、今回はぶっ飛ばします・・・・・・・
本記事の論旨とは、まったく関係ないからです。
*ご興味がある方は、ご自身でそれらの定義がどういうものなのか、検索してください。

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さて、ここからが本題です。そして問題です。

正三角形とか正方形ではない、すなわち正多角形ではないカタチ。
もっと具体例で言えば「ひし形」「凧形」「扁平凸5角形」などのカタチを利用して作った3Dの疑似球状立体物、いわゆる「凸(非正)多面体」って、いったい何種類あるんでしょう?

正多角形ではないけど、多面体が作れちゃうゾという例

「凸(非正)多面体」:
今回の記事では、「正三角形」や「正方形」などの正多角形ではないカタチ、たとえば「ひし形」や「扁平5角形」等を利用して構築した「プラトン立体に類似した形状の多面体(凸多面体)」のことを「凸(非正)多面体」と定義します。
ちなみに、上述の定義による3D構築物「凸(非正)多面体」は、大部分が幾何学の教科書に載ってる「カタラン立体」と重複(一致)してしまいます。その点は仕方ないなぁとして読み進めてください。

私ことラジくまるは、結晶学(数学&物理化学)で使われる「点群」が非常に不得意です。
そのせいで、今回の「全部で何種類あるのか問題」を自力で解くことができません。全くわかりません。
でも、点群は不得意でも「凸(非正)多面体」のスケッチや展開図は描くことができます。絵を描くだけなら「点群」は無関係ですので。

点群:【数学用語の場合】
結晶学で必須の概念。様々な結晶形状があるとき、その(個々の)結晶形状は、XYZ-3D空間において、どの方向にどんな感じの対称軸が何本ずつ存在するのかを、記述&分類する技術手法。
なお、これとは別に3Dデータ解析の分野では「点群」は3D実空間における実測値データ集団を意味する。全く別の意味を持つことに注意。

さて、「凸(非正)多面体」のなかで、最もポピュラーなものは?」といえば「菱形12面体:りょうけいじゅうにめんたい:Rhombic Dodecahedron」を挙げることができます。
この立体は、3D空間充填(3次元のタイリング)ができるという、恐ろしい性質を持つ立体形状です。
その2D展開図(ただし正距方位図準拠)を描くと、下の図のようになります。

 

右上の小さな図はWikipediaから引用
展開図はラジくまる作画

青の点線は下図に示す通り、菱形の短いほうの対角線に相当する線分です。
ここでちょっと、青の点線の3D空間的ばらつき?分布?に注目してみてください。

2D展開図をちょっと見るだけでお分かりいただけるかと思いますが、青の点線は3D空間にて、極めて対称性高く分布しています。
とても美しいです(3D空間分布における、対称性の高さが)。

青の点線を強調表示

2次元展開図なせいで、全体的に見た目のひずみが大きいです。
その点を我慢しながら青の点線を目で追っていくと、どの部分を見ても青の点線は等辺四角形(つまり正方形)を形成していることに気づきます。
というわけで、この青の点線で描かれた3D立体は「正6面体:立方体」だったのでした。ぜひ落ち着いてご自身で考えてみてください。
(菱形12面体は、正6面体と極めて親しい近縁関係にある3D空間図形です)

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さて、文献調査してみたところ、なんとこの「菱形:ひしがた」では、「菱形12面体」「菱形20面体」「菱形30面体」という3種類の凸多面体が得られるという記述を見つけました。

本当かよ?と疑念を持ちました。直感的にそれはおかしい!直感的にありえない!と感じたのです。

と、いうわけで?続きはまた来週です。

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