← すべてのアクティビティに戻る한국어 →English → 📖 解説記事を読む
🔷 正多面体ラボ

正多面体は、なぜ
ちょうど5種類しかないの?

正多面体(プラトンの立体)とは、すべての面が合同な正多角形で、どの頂点にも同じ数の面が集まっているへこみのない立体です。こういう形は無限にありそうに思えますが、実はちょうど5種類しかありません。角度を調整しながら、その理由を自分で確かめてみましょう。

平面上の正多角形は、辺の数をいくらでも増やしてつくれます。ところが立体の正多面体は、正四面体・正六面体(立方体)・正八面体・正十二面体・正二十面体の5種類しかありません。なぜちょうどこの数に決まっているのでしょうか。

秘密は、1つの頂点に集まる角の合計にあります。紙を折ってとがった点をつくるには、その1点に集まる角の和が360°より小さくなければなりません。ちょうど360°なら平らに広がり、それより大きいと紙が重なってしまって折ることすらできません。正多角形の辺の数(n)と1つの頂点に集まる面の数(p)をどう組み合わせても、この条件を満たすのは5通りだけです。

スライダーでnとpを変えて、角の和が360°に達したり超えたりしたとたんに折れなくなる瞬間を、自分で確かめてみましょう。

① 頂点に集まる角の和を実験しよう

正多面体の頂点には、いくつかの正多角形が集まっています。紙と同じように、とがった立体の角(頂点)に折れるには、集まった角の和が360°より小さくなければなりません。360°ちょうどなら平らに広がり、360°を超えると重なってしまって折れません。n(辺の数)とp(1つの頂点に集まる面の数)を変えて、自分で確かめてみましょう。

正多角形の辺の数(n)3
1つの頂点に集まる面の数(p)3

② なぜこの組み合わせしかできないの?

正多角形の内角は、辺の数が多いほど大きくなります(正三角形60°、正方形90°、正五角形108°、正六角形120°…)。また、立体ができるには1つの頂点に少なくとも3つの面が集まる必要があります。この2つの条件に「角の和 < 360°」というルールを合わせると、成り立つのは次の5通りだけです。

正三角形(60°) — 3つ(180°)、4つ(240°)、5つ(300°)はどれもOKですが、6つ(360°)は平らになって不可能 → 正四面体 · 正八面体 · 正二十面体
正方形(90°) — 3つ(270°)だけOK。4つ(360°)は平らになる → 正六面体(立方体)
正五角形(108°) — 3つ(324°)だけOK。4つ(432°)ではもう360°を超える → 正十二面体
正六角形(120°)以上 — 3つだけでもう360°以上になるので、はじめから不可能

③ 5つの正多面体を自分で回してみよう

下から立体を選び、マウスや指でドラッグして自由に回してみましょう。

ドラッグで回転
正四面体{3,3}
4
頂点 V
6
辺 E
4
面 F
V - E + F = 4 - 6 + 4 = 2
面は正三角形で、各頂点に3つの面が集まります。

④ 5つの正多面体をひと目で比べよう

名前シュレーフリ記号面の形頂点に集まる面VEF