2017年2月の記事一覧

星型を作って見ました．展開図を考えて作り，それを組み立てました．展開図には色々な変形があり，紙の使用量を小さくするような工夫も面白いです．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，星型正60面体が得られます．どちらもダ・ビンチの星型と言います．特にこの写真の黄金比が出て来る方は美しいですね．
■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．

■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．

ーーーー
■次に示すユニット折り紙も，ダビンチの星型です．芯にある正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．
対称性を調べると，芯の正8面体の頂点方向（x,y,ｚ軸上にある）4回回転対称軸，体対角線の方向に3回回転対称軸，2つの4回回転軸の中間（同じことだが，2つの3回回転軸の中間）に2回回転対称軸があります．
4回回転軸により4色の置換，3回回転軸により3色の置換と1色の保存，2回回転軸により2色の置換と2色の保存が起こります．星型の頂点を結ぶと芯にある正8面体に双対な正6面体ができます．
(Fig.4)

この図形には4回軸があるので，色置換の操作も含めて完全な対称性にするには，塗り分けには4色用いる必要があります．3回軸の方向から見ると3色見えます．見えないもう一色は，3回軸で保存され，3回軸に垂直な面の大円上にあります．
立方体では，3回軸の方向が体対角線方向に4本あり，3回軸それぞれに，軸に垂直な大円が色を保存するので，結局，全部で4色使うという言い方もあります．

■写真(Fig.5)の星型は，立方体の6つの面に，正3角形の面で出来ている正4角錐が乗っています．芯になる立方体の1辺の長さを１とすると，星型の頂点の高さは√2/2，もし，星型頂点の高さを立方体の辺の長さの1/2に短縮すると，星型の凹入角がフラットになり体心格子のデリクレ胞(菱形12面体)になります．(Fig.6)
イメージ 1イメージ 2

Fig.5

■星型正24面体の展開図
イメージ 3イメージ 4

 　
展開図はいろいろなものが考えられますが，作りやすいものを設計するとよいと思います．

■星型正24面体と菱形12面体
イメージ 5

Fig.6

　　　星型正24面体　　　　　菱形12面体

以下に星型正24面体と菱形12面体の展開図の比較を示します．

イメージ 6

■正20面体を芯にして，正3角形の各面の上に正3角錘（正4面体）を乗せた星型が，
星型正60面体です．正3角形の面が10個集まっている点と3個集まっている点（頂点）が交互にある星型です．1枚の連続した紙に展開図を描くことはできません．