正n角形(対称性n:mやn・m)を積み上げてできるロッドの対称性
■正4角形(対称性4:m)を例にします.この正4角形は以下の図のaのようなものです.ボール紙の正方形の中に傾いた正方形を描いています.何のために傾いた正方形を描いたかというと,このボール紙の正方形にある紙面に垂直な4つの鏡映面(ボール紙の正方形の対角方向や辺の中点を結ぶ方向)を消すためです.結局,このボール紙の正方形には,4回回転軸,鏡映面(紙面),そして,4つの2回軸(紙面内にあって,ボール紙の正方形の対角方向に2本,対向する辺の中点を結ぶ方向に2本)が生じています.図aの左が表側,右側が裏側です.このボール紙の正方形の対称性の記述は,点群の生成元を用いて,4:mのように記述します.(注)4回軸が紙面に垂直にあり,紙面が対称面mであるという意味です.
このボール紙の正方形をたくさん作り,bのように積み上げたり,cのように積み上げたりしてロッドを作ります.
図bの対称性は,(a)・4:m
(a)とは,積み上げ方向にロッドの軸(a軸)ができ,ボール紙の間隔が単位並進になること.
・4とは,a軸にそろって4回軸があること.
:mとは,4回軸に垂直に鏡映面があることを表します.この鏡映面がどこにあるかというと,ボール紙の中心を通る紙面ももともと鏡映面でしたが,ロッドにすると,隣り合うボール紙の中間にも生じます.
そのほかに,対称心がもともとの図形にもありますが,隣あるボール紙の中間にも生じています.
図cの対称性は, (a)・~a・4:m
この図の作り方は,ボール紙を一つ置きに裏返してできています.
ここに出てきた新しい記号だけ説明します.~aは映進面の記号で,本当はaの上に~を載せて書きます.
1次元の並進軸a軸があり,この軸を含むように映進面~aが4枚あります.そして・4ですからやはり映進面内にa軸にそろって4回軸があり,続く,:mは4回軸に垂直に鏡映面があることを示しています.
cでは,並進単位はボール紙の間隔の2倍であることもわかるでしょう.
■正3角形(対称性3・m)を積み上げたロッドはどのようになるでしょうか.
3・mの意味は,3回軸があり,その3回軸を面内に含むような対称面mがある(3枚ある)ということです.この場合正3角形のボール紙面は対称面でないので,下の図aに示したように,ボール紙の裏表は異なり対称操作で移動できません.この正3角形を積み上げてできるロッドは,bとcの対称性があります.
b. (a)・3・m c. (a)・6_{3}・m (6_{3}は,らせん軸)