『立方体と正四面体』解答


◆愛知県 Y.M.Ojisan さんからの解答。

【問題1】

 

X軸への立方体の1辺(赤線)の写像の長さがaであるなら、X軸上に取った同長の線G(緑線)の立方体の一辺への写像の長さもaである。
従って、a,b,cはGの直交座標成分である。

【問題2】

 

立方体と正4面体には上図の関係があり、
原点が重心であるので−d点のX座標は−dである。

従って、問題1の結果を用いると。

4面体の辺の長さ2
=2×立方体の辺の長さ2
=2×{(a+d)2+(b+d)2+(c+d)2}
=2×{(a2+b2+c2+d2)+2d(a+b+c+d)}

原点は重心であるので a+b+c+d=0であり、答えが得られる。

【∵ヒントなしで考えた方法】

正4面体(上図)において 辺ab, 辺cd,およびそれらの中点を結ぶ「青線」は直交している。
また、「青線」の長さ=辺の長さ
である。

よって、問題1と同様に

4面体の辺の長さ2
=(a-b)2+(c-d)2+{( a+b
2
-c+d
2
)}2
=(a-b)2+(c-d)2+(a+b)2+(c+d)2

 :a+b=−(c+d)を用いた。

=2(a2+b2+c2+d2)

【感想】

ヒントの方法は対称性があってきれいです。
無ヒントの方法は辺間距離を知っていれば問題1をベースに容易に気づく方法です。


◆宮城県 アンパンマン さんからの解答。

【問題1】

ヒントより立方体からの4頂点でできた正4面体ABCDを見ます。
ABCDのx軸ヘの投影図はXYZWとします。

Aのx座標はb+c,
Bのx座標はc+a,
Cのx座標はa+b,
Dは原点です。

『Projection Law』の問題より

XY2+YZ2+ZX2+XW2+YW2+ZW2=2AB2

つまり
2AB2
=(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2+(a+b)2+(b+c)2+(c+a)2
=4(a2+b2+c2)

【問題2】

『Projection Law』の問題より

2AB2
=(a-d)2+(b-d)2+(c-d)2+(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2
=(a-b-c+d)2+(a-b+c-d)2+(a+b-c-d)2

Y.M.O jisanさんの解答より,
原点であるときは a+b+c+d=0。

2AB2
=4[(a+d)2+(b+d)2+(c+d)2]
=4(a2+b2+c2+d2)


 『立方体と正四面体』へ

 数学の部屋へもどる