
幾何学において、n角反角柱またはn角反角柱とは、 n角形の2 つの平行な直接コピー (鏡像ではない) が2 n個の三角形の交互の帯で接続された多面体です。これらはコンウェイ表記A nで表されます。
反角柱は角柱の亜種であり、(退化した)ねじれ多面体の一種である。
反角柱は角柱に似ていますが、底面が互いにねじれており、側面(底面をつなぐ面)がn個の四角形ではなく2 n 個の三角形である点が異なります。
ヨハネス・ケプラーは1619年の著書『ハーモニクス・ムンディ』の中で、無限の反角柱族の存在を指摘した。[ 1 ]これは従来、これらの形状の最初の発見と考えられてきたが、それ以前にも知られていた可能性がある。1556年に亡くなったヒエロニムス・アンドレアエに帰属される、署名のない六角反角柱の展開図の版木が存在する。[ 2 ]
ドイツ語の「antiprism」は、19 世紀にこれらの形状に使用されました。カール・ハインツェは、その導入をテオドール・ヴィットシュタインによるものとしています。[ 3 ]英語の「anti-prism」は、それ以前に主光学素子の効果を打ち消すために使用される光学プリズムに使用されていましたが、 [ 4 ]幾何学的な意味での英語の「antiprism」の最初の使用は、20 世紀初頭のHSM コクセターの著作にあるようです。[ 5 ]
正n角形の底面を持つ反角柱の場合、通常はこれら 2 つのコピーが180 / n度の角度でねじれている場合を考えます。正多角形の軸は、多角形の平面に垂直で、多角形の中心を通る線です。
合同な正n角形の底面を持つ反角柱を180 / n度だけねじると、底面の軸が同じであれば、つまり同軸であれば、より高い正則性が得られます。つまり、(非共面底面の場合)底面の中心を結ぶ線が底面に垂直であれば、正則性が得られます。この場合、反角柱は直角反角柱と呼ばれ、その2 n面は二等辺三角形になります。[ 6 ]
直角n反角柱の対称群は、 4nの位数D n dであり、反角柱対称性として知られています。これは、角柱の下半分を回転させることによって得られるためです。上半分に関して。このようにして作成された凹面多面体はこの対称群を持つため、「プリズム」の前に「反」という接頭辞が付きます。[ 7 ] D n dとは異なる群を持つ例外が 2 つあります。
直角2反角柱または直角3反角柱が一様でない場合、その対称群は通常通りD2dまたはD3dとなる。対称群に反転が 含まれるのは、 nが奇数の場合に限る 。
回転群は、次の場合を除き、位数2 nのD nである。
直角2反角柱または3反角柱が均一でない場合、その回転群は通常どおりD 2またはD 3になります。 直角n反角柱は、合同な正n角形の底面と合同な二等辺三角形の側面を持つため、 n ≥ 4の場合、均一なn反角柱と同じ(二面体)対称群を持ちます。
正n角柱(すなわち、正n角形の底面と2n個の二等辺三角形の側面を持ち、底面の外接半径が1である)の頂点のデカルト座標は次のとおりです。
ただし、0 ≤ k ≤ 2 n – 1とする。
n反角柱が均一である場合(つまり、三角形が正三角形である場合)、次のようになります。
一様なn反角柱は、底面として2 つの合同な正n角形を持ち、側面として2 n 個の正三角形を持ちます。一様な角柱と同様に、一様な反角柱は頂点推移的な多面体の無限クラスを形成します。n = 2の場合、正四面体と視覚的に同一な二角反角柱 (退化反角柱) が存在します。n = 3の場合、正八面体は三角反角柱(非退化反角柱)です。 [ 6 ]
これらの半正反角柱のシュレーゲル図は以下のとおりです。
均一なn角反角柱の辺の長さをaとすると、体積は次のようになる。 表面積は次のとおりです。 さらに、底面の辺の長さがl、高さがhの正n角反角柱 の体積は次のように与えられます。[ 9 ]
正円の水平外接円の半径基部の-gonは
基底の頂点は
上部の頂点は
線形補間により、底部の頂点と上部の頂点を結ぶ反角柱の外側の三角形の辺上の点は次のようになります。
そして
の二乗の和を構築することによってそして前の2つのベクトルのいずれかの座標、高度におけるこのセクションの2乗外接半径は
高度における水平断面ベースの上には-角(切り詰められた)-gon) で長さの辺交互に長さの辺(これらは前の2つのベクトルの差の長さから導き出されます。)これを分解すると次のようになります。辺の等角三角形がないそして(半周))プラス 辺の等角三角形がないそして(半周)) ヘロンの公式によれば、これらの三角形の面積は次のようになります。
そして
セクションの面積は、そしてそのボリュームは
長さlと高さhが同じ直角n角柱の体積は次のとおりである。 これは反角柱のそれよりも小さい。
4 次元反角柱は、平行な対向面として2 つの双対多面体を持つものとして定義でき、それらの間の各3 次元面は、多面体の 2 つの双対部分、つまり頂点と双対多角形、または 2 つの双対辺から構成されます。すべての 3 次元凸多面体は、その標準多面体とその極双対から構成される 4 次元反角柱の 2 つの対向面のいずれかと組み合わせ的に等価です。[ 10 ]ただし、双対と組み合わせることができず 5 次元反角柱を形成できない 4 次元多角形が存在します。[ 11 ]
一様な星型反角柱は、星型多角形の底面{ p / q }で命名され、順行解と逆行(交差)解が存在する。交差形は頂点図形が交差しており、「反転」した分数で表され、p / qの代わりにp /( p – q )となる。例:(5/2) の代わりに (5/3) となる。
直角星型n反角柱は、2つの合同な同軸の正凸多角形または星型多角形の底面と、2n個の二等辺三角形の側面を持つ。
正凸面または正星形多角形の底面を持つ任意の星型反角柱は、(必要に応じて底面の1つを平行移動および/またはねじることによって)正星型反角柱にすることができる。

逆行型では、凸面または星型の底面を結ぶ三角形が回転対称軸と交差するが、順行型では交差しない。したがって、次のようになる。
また、 pとqが共通因子を持つ場合、正星{ p / q } -角形を底面とする星反角柱複合体を構築できます。例:星(10/4)反角柱は、2つの星(5/2)反角柱の複合体です。
q < p /2の ( p / q ) 反角柱の双対はp / q -台形多面体であり、q > p /2の ( p / q ) 反角柱、すなわち交差反角柱の双対は ( p / q ) 凹面台形多面体である。ここで「凹面」とは、3D 立体の 2 次元面を指す。[ 12 ]
反角柱に表記( p / q )を使用する場合、 q > p /2の場合は反角柱は交差しており (定義による)、q < p /2の場合は交差していません。このセクションでは、すべての反角柱は非退化、つまりp ≥ 3、q ≠ p /2であると仮定します。また、複合はカウントから除外されるため、条件( p , q ) = 1 ( pとqは互いに素) が成り立ちます。固定されたpに対する一様な交差反角柱の数は、単純な不等式を使用して決定できます。可能なqの条件は次のとおりです。
例:
次の表の最初の列では、記号はシェーンフリース記号、コクセター記号、オービフォールド記号の順に並んでいます。