ダビンチの星型

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
数学月間SGK通信 ［2017.02.14］ No.154
<<数学と社会の架け橋＝数学月間>>
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
星型を作って見ました．展開図を考えて組み立てました．展開図には色々な変形があり，
紙の使用量が小さくなるようにくふうするのも面白いです．糊代に立体内部から糊付けするのはちょっと面倒でした．
■この金平糖のような形（Fig.1）はダ・ビンチの星型の一つです．芯の部分に正12面体があり，
その正5角形の12個の面の上に，正5角錘が乗っています．だから星の頂点は12個で，
12個の頂点を結んでできるのは正12面体に双対な正20面体です．一つの頂点の真上から見ると，
五芒星と五芒星の中に正5角形が見えます．五芒星の腕の長さと中にある正５角形の辺の比は黄金比です．
この星型多面体の面（2等辺3角形）は，黄金比の三角形です．
もし，面の形を正3角形にすれば，星形正60面体が得られます．どちらもダ・ビンチの橋形と言います．
特にこの写真の黄金比が出て来る方は美しいですね．
http://blog-001.west.edge.storage-yahoo.jp/res/blog-09-2d/tanidr/folder/572283/58/17899558/img_1_m?1486673391

■プラトンの正多面体は正多角形の面で出来ている凸の正多面体で5種類あります．
プラトンの正多面体を芯にして，正多角形の各面の上に正多角錘（面は正3角形）を乗せると，
ダ・ビンチの星型ができまので，ダ・ビンチの星型も5種類できます．その作り方から自明ですが，
それぞれのダ・ビンチの星型と対応するプラトンの多面体は互いに双対です．

■例えば，正4面体の4つの面のそれぞれに正4面体を貼り付けた形（Fig.2）を見ましょう．
この星型の頂点は４つで，頂点を結ぶと，また正4面体になります．
これは，正4面体の双対図形が正4っ面体であることからわかります．
正4面体が５つ(芯にあるのは見えません)で出来ています．
これを4次元の世界で組み立てると4次元の正5胞体（５つの3次元の正4面体を面に持つ4次元の立体のこと．
4次元多面体の面は3次元の多面体）ができます．その意味で，この星型は，4次元正5胞体の3次元の展開図といえます．
http://blog-001.west.edge.storage-yahoo.jp/res/blog-09-2d/tanidr/folder/572283/65/17901765/img_1_m?1486690977

■もう一つ例をあげれば，正8面体を芯にして，
正8面体の8つの正3角形の面にそれぞれ正4面体が乗っている形の星型（Fig.3）です．
互いに点対称にある２つの大きな正4面体が噛み合った形です．星型の頂点を結んでできる図形は，
正8面体に双対な正6面体です．
http://blog-001.west.edge.storage-yahoo.jp/res/blog-09-2d/tanidr/folder/572283/01/17905101/img_0_m?1486868408

■次に示すユニット折り紙も，ダビンチの星型です．正8面体の各面に正3角錘が乗っています．
この折紙では，正３角錐の面は正3角形ではなく直角3角形です．そして，各面はツートンカラーになっています．
この図形には4回回転対称軸や3回回転対称軸，2回回転対称軸などがあります．
これから先はこの図形の対称性と色置換の話ですが，長くなるので次号にします．
http://blog-001.west.edge.storage-yahoo.jp/res/blog-09-2d/tanidr/folder/572283/19/17902919/img_0_m?1486823996