2006年1月25日水曜日

正多面体は5種類の理由

平面上の正n角形は円周をn等分する点を取って結べば,無限に存在する.
しかし正多面体は正4面体,正6面体(立方体),正8面体,正12面体,正20面体の5種類しかない.
それは次のような理由による.

正多面体の一つの頂点には,正n角形がいくつか集まっている.
平面上の1点にいくつかの正n角形の頂点を集めたとき,正n角形の角の合計が360度以上になると立体ができないから,360度未満となる枚数でしか多面体にはならない.

まず1点に正3角形の頂点を集める.

3枚の角の合計180度.これの辺をくっつけて作ったのが,正4面体
4枚の角の合計240度.正8面体
5枚の角の合計300度.正20面体
6枚の角を1点に集めると360度になって,平らになり立体にならない.

次に正方形を集める
3枚の角の合計270度.これの辺をくっつけて作ったのが,正6面体
4枚の角を1点に集めると360度になって,平らになり立体にならない.

正5角形
3枚の角の合計は324度.これの辺をくっつけて作ったのが,正12面体
4枚の角の合計は432度になってしまって,立体に組み合わせることができない.

正6角形以上は2枚では立体にならないし,3枚以上で360度以上になるからだめ.

したがって,正4,8,20,6,12面体の5種類しかない.

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