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2007年1月11日木曜日

正多面体が5種類である理由 その2

正多面体は5種類の理由を,もう少しすっきりと書けば,

m角形の内角の和は
(m-2)\pi
なので,内角の大きさは
\frac{m-2}{m}\pi

多面体の1つの頂点に正m角形がn個集まっているときの角度の合計は
n\times\frac{m-2}{m}\pi
これが2\pi以上になると立体にならないので,
n\times\frac{m-2}{m}\pi\lt2\pi

n\times\frac{m-2}{m}\lt2
n(m-2)\lt2m
n(m-2)-2m\lt0
n(m-2)-2m+4\lt4
n(m-2)-2(m-2)\lt4
(n-2)(m-2)\lt4

3角形以上が3個以上あつまらないと立体にならないので,
m\ge3, n\ge3

(n-2)(m-2)\lt4を満たす(m,n)の組み合わせは
(3,3),(3,4),(3,5),(4,3),(5,3)
しかない.これより大きい数字を入れると4より小さくならない.

つまり
正3角形が3個
正3角形が4個
正3角形が5個
正4角形が3個
正5角形が3個
の高々5種類だけ.

(n-2)(m-2)\lt4
はもっとすっきり
\frac{1}{m}+\frac{1}{n}+\frac{1}{2}\gt1
とも書ける.これを\frac{1}{m}+\frac{1}{n}\gt\frac{1}{2}aと書かないのは,比べる相手が分数より1のほうが見通しがいいからかな.

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