■n次元正多面体の辺と対角線(その66)

 P(x,y)を次数n未満の多項式とするとき,単位円上の平均と内接正n角形の頂点での平均は等しい・・・を補足しておきたい.

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 x=cosθ,y=sinθであるから,

  P(x,y)=P(θ)

したがって,単位円上の平均は

  ∫(0,2π)P(θ)dθ/2π

となる.

 一方,内接正n角形の頂点での平均とは,

  x=cos(2π/n・j),y=sin(2π/n・j),θ=2π/n・j

より

  Σ(0,n-1)P(θ)/n

 単位円に内接する正n角形(P1,・・・,Pn)があるとき,単位円上の動点Qに対して,4乗和

  P(x,y)=P(θ)=Σ(1,n)|QPj|^4

として定義する.

  Σ(1,n)|QPj|^4=6n

であるから,内接正n角形の頂点での平均は

  Σ(0,n-1)P(θ)/n=6

 したがって,単位円上の平均は

  ∫(0,2π)P(θ)dθ/2π=6

で,単位円上での積分は

  ∫(0,2π)P(θ)dθ=6・2π

である.

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 ここでは,

  P(x,y)=P(θ)=Σ(1,n)|QPj|^4

として定義したが,次数n未満の多項式,たとえば

  P(x,y)=x^2+xy^2  (次数3)

の場合も正n角形の頂点上での平均と単位円上の平均が一致するのである.

 また,P(x,y,z)を次数n未満の多項式とするとき,単位球上の平均と内接正多面体(頂点数n)の頂点での平均は等しい・・・は,P(x,y,z)の次数が2の場合は正多面体に限らず,重心が(0,0,0)であれば成り立つ.たとえば,正多面体でない準正多面体として3次元の立方八面体や12面・20面体など,この性質をもつ多面体は多数あることが知られている.

 次数が3のとき正多面体はこの性質をもつが,一般のnについてもこの性質をもつ有限集合が存在することが,イギリスの数学者セームールによって証明されている.

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