■n次元の立方体と直角三角錐(その75)

 これまでわかったことは,置換多面体の場合

  Nk^(n)=n+1Ck+1

正軸体版の場合

  Nk^(n)=2^(k+1)nCk+1

として,k次元面数は,

  fk^(n)=N0^(n)fk^(n-1)+N1^(n)fk-1^(n-2)+α(n)   (n≧k+2)

 α(n)が問題となることがわかったが,f3公式では

  α(n)=N2^(n)fk-2^(n-3)

  fk^(n)=N0^(n)fk^(n-1)+N1^(n)fk-1^(n-2)+N2^(n)fk-2^(n-3)

のようになるかもしれないというアイデアが浮かぶ.

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【1】置換多面体のf1,f2公式   (n≧4)

  f1^(n)=n+1C1f1^(n-1)+n+1C2f0^(n-2)

     =(n+1)f1^(n-1)+n(n+1)/2・f0^(n-2)

  f2^(n)=n+1C1f2^(n-1)+n+1C2f1^(n-2)+(n+1)!/6

     =(n+1)f2^(n-1)+n(n+1)/2・f1^(n-2)+f0^(n)/3!

において,

  f0^(n)=(n+1)!,f1^(n)=n/2f0^(n)

であるから,

  f0^(n-3)=(n−2)!

 また,

  n+1C3=(n−1)n(n+1)/6

であるから,

  (n+1)!/6=n+1C3f0^(n-3)

 したがって,

  f2^(n)=n+1C1f2^(n-1)+n+1C2f1^(n-2)+n+1C3f0^(n-3)

     =(n+1)f2^(n-1)+n(n+1)/2・f1^(n-2)+(n−1)n(n+1)/6f0^(n)

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【2】正軸体版のg1,g2公式   (n≧4)

 置換多面体のf1,f2公式と区別するためにg1,g2公式とするが,

  g1^(n)=2nC1g1^(n-1)+2^2nC2g0^(n-2)

     =2ng1^(n-1)+2n(n−1)g0^(n-2)

  g2^(n)=2nC1g2^(n-1)+2^2nC2g1^(n-2)+2^nn!/6

     =2ng2^(n-1)+2n(n−1)g1^(n-2)+g0^(n)/3!

において,

  g0^(n)=2^nn!,g1^(n)=n/2g0^(n)

であるから,

  g0^(n-3)=2^(n-3)(n−3)!

 また,

  2^3nC3=2^3n(n−1)(n−2)/6

であるから,

  2^nn!/6=2^3nC3g0^(n-3)

 したがって,

  g2^(n)=2nC1g2^(n-1)+2^2nC2g1^(n-2)+2^3nC3g0^(n-3)

     =2ng2^(n-1)+2n(n−1)g1^(n-2)+4n(n−1)(n−2)g0^(n-3)/3

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【3】置換多面体のf3公式   (n≧5)

  f3^(n)=n+1C1f3^(n-1)+n+1C2f2^(n-2)+n+1C3f1^(n-3)+n+1C4f1^(n-4)

の形が想定されるが,調べてみたところ,うまく適合した.

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【4】置換多面体のf4公式   (n≧6)

 正軸体版は後回しにしてf4公式も調べてみる.

  f4^(n)=n+1C1f4^(n-1)+n+1C2f3^(n-2)+n+1C2f2^(n-3)+n+1C4f1^(n-4)+n+1C5f0^(n-5)

も適合.

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【5】正軸体版のg3公式   (n≧5)

  g3^(n)=2nC1g3^(n-1)+2^2nC2g2^(n-2)+2^3nC3g1^(n-3)+2^4nC4g0^(n-4)→適合

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【6】正軸体版のg4公式   (n≧6)

  g4^(n)=2nC1g4^(n-1)+2^2nC2g3^(n-2)+2^3nC2g1^(n-3)+2^4nC4g1^(n-4)+2^5nC5g0^(n-5)→適合

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【7】まとめ

 (その74)ではいくつか考察の誤りもあるが,最終的には

  置換多面体の場合・・・Nk^(n)=n+1Ck+1

  正軸体版の場合・・・・Nk^(n)=2^(k+1)nCk+1

として,

  fk^(n)=Σ(j=0~k)Nj^(n)f(k-j)^(n-1ーj)   (k≦n−2)

ときれいな形にまとまった.また,fn^(n)=1とすれば(k≦n−1)とすることもできる.

 先人達も苦心した難題はこれで完結.次はこれらの体積公式を求めてみたい.漸化式の形で求めるのが良かろうと思う.

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