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立方体の射影


京都大の○○先生 ・・・お名前は隠しておきますね。 の研究室で, 1回生が課題の立体を持ってきたので,その様子を見ていました。 すると,立体は全て立方体の箱にきっちり 入りますが,直交する3方向から見て正方形に見える仲間だというのです。 しかも,条件があってその立体の頂点は,

?立方体の頂点か辺の中点をとること。

?形は,凸で極小(これ以上小さくすると凸でないか,正方形に見えない)であること。

です。 学生は,14個作ってきたのですがどうやら違うようです。 私も指導の下,下記の図のように作りましたが,明らかに間違っているのが 3個ほどあります。潰すのがもったいなかったので。 「展開図を頭に描いて糊代付き立体を作成すると,本当に難しく立体感覚が身に付く」と小波先生が言っていたのを,つくづく身に染みています。

rippou.JPG

どなたか,数学的な解答(何個存在するのかは教えてもらいました。全ての展開図も知りたい。時間無く力尽きた・・・)を頂けません?  by kawasaki

 面白いですね。元が四面体だったらとか,連結性は?・・・って凸だっていうからには連結か。もちろん面は全て平面なんですね。つまり凸多面体。でも時間がありません。しくしく。


 時間が少しできました。考える時間というよりは絵を描く時間ですけど。

 1つ次元を下げて平面で考えて見ましょう。 :平面での問題:  つまり,図形は全て正方形の中にきっちり 入りますが,直交する2方向から見て正方形の幅の線分に見える仲間って?どんなん? しかも,条件があって,

  1. その立体平面図形の頂点は,正方形の頂点か辺の中点にとること。
  2. 形は,凸で極小(これ以上小さくすると凸でないか,正方形に見えない)であること。

 さて,この問題を理解するために絵を描いてみました。

path5230.png

 5つ並べていますが,右から2番目の橙色のものは条件に合いません。 左端のものと同じ赤い対角線に「小さく」しても大丈夫だからですね。

 では,平面の場合この4種類だけ!でしょうか。 (あるいは残りの4つの中にも不適格なものがあって3種類とか2種類とか?) どのように説明できるでしょうか。


 さて,上の「平面での問題」が解決できれば,本来の3次元の立方体の問題では, 立方体の各面に表れる図形は「平面での問題」で得られたいずれかのものということになります。 (って本当にそうかな?) その可能な組合せを検討することで,問題が解決しませんか?

 更に4次元,5次元,と高次元についても,この手法を繰返し使えます「か」?


 というわけで,また少し手が空いたので,本題に戻りましょう。

g4367.png

左側の方は裏面(見えてないところ)は何通りでしょうか? それとも正四面体に限定されますか?どうでしょう。 そして右側は?こちらも裏面はどうなるのでしょうか。


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