■平行体の体積とグラミアン(その54)

 2(2^n−1)胞体の元素の形は

[1](その51)において,b・x≧0を満足する点を求める

[2](その52)において,b・x≧0を満足する点を求める

ことによって,決定されるのだが,(その52)は原点をPnに移していなかった.

 そこで,

  x=(X1−a1,X2−a2,X3−a3,・・・)

とおいて,b・x≧0を満足するがどうかを確認する必要があることを申し添えておきたい.

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【1】2^n+2n胞体の元素

 n次元立方体[0,2]^nに対して,基本単体の座標は

  p0(0,0,・・・,0)

  p1(1,0,・・・,0)

  p2(1,1,0,・・・0,0)

  ・・・・・・・・・・・・・・・・

  pn-1(1,1,1,・・・1,0)

  pn(1,1,1,・・・1,1)

であるから,p0pnを結ぶ対角線の中点

  (1/2,1/2,1/2,・・・,1/2,1/2)

を通る超平面

  x1+x2+x3+・・・+xn=n/2

と各辺の交点を求めてみる.

 3次元(ペンタドロン)の場合は,

  p0(0,0,0)

  p1(1,0,0)

と4交点

  (1/2,1/2,1/2)

  (1,1/4,1/4)

  (1,1/2,0)

  (3/4,3/4,0)

 4次元の場合は

  (1/2,1/2,1/2,1/2)

  (1,1/3,1/3,1/3)

  (2/3,2/3,2/3,0)

  (1,1/2,1/2,0)

  p2(1,1,0,0)

で交わる.したがって,x1+x2+x3+x4≦2の部分をとると,7頂点

  q0(0,0,0,0)

  q1(1,0,0,0)

  q2(1,1,0,0)

  q3(1/2,1/2,1/2,1/2)

  q4(1,1/3,1/3,1/3)

  q5(2/3,2/3,2/3,0)

  q6(1,1/2,1/2,0)

が元素の頂点となる.q2〜q6は超平面x1+x2+x3+x4=2上にある.これが768個で4次元立方体を組み立てることができる.同様に,x1+x2+x3+x4≧0の部分をとって比較すると,辺や対角線の長さが等しいことから,基本単体の2分割体になっていることがわかる.

 辺の長さは

  q0q1=1,q0q2=√2,q0q3=1,q0q4=√(4/3),q0q5=√(4/3),q0q6=√(3/2)

  q1q2=1,q1q3=1,q1q4=√(1/3),q1q5=1,q1q6=√(1/2)

  q2q3=1,q2q4=√(2/3),q2q5=√(2/3),q2q6=√(1/2)

  q3q4=√(1/3),q3q5=√(1/3),q3q6=√(1/2)

  q4q5=2/3,q4q6=√(1/6),q5q6=√(1/6)

 5次元の場合は9交点

  (1/2,1/2,1/2,1/2,1/2)

  (1,3/8,3/8,3/8,3/8)

  (1,1,1/6,1/6,1/6)

  (5/6,5/6,5/6,0,0)

  (5/8,5/8,5/8,5/8,0)

  (1,3/4,3/4,0,0)

  (1,1/2,1/2,1/2,0)

  (1,1,1/4,1/4,0)

  (1,1,1/2,0,0)

で交わるから,x1+x2+x3+x4+x5≦5/2の部分をとると,12頂点

  q0(0,0,0,0,0)

  q1(1,0,0,0,0)

  q2(1,1,0,0,0)

  q3(1/2,1/2,1/2,1/2,1/2)

  q4(1,3/8,3/8,3/8,3/8)

  q5(1,1,1/6,1/6,1/6)

  q6(5/6,5/6,5/6,0,0)

  q7(5/8,5/8,5/8,5/8,0)

  q8(1,3/4,3/4,0,0)

  q9(1,1/2,1/2,1/2,0)

  q10(1,1,1/4,1/4,0)

  q11(1,1,1/2,0,0)

が元素の頂点となる.q3〜q11は超平面x1+x2+x3+x4+x5=5/2上にある.これが7680個で5次元立方体を組み立てることができる.

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【2】まとめ

 二項係数(n,r)において,n<rのときは0と約束すると,j次元胞の個数fjは

[1]nが奇数(n=2k−1)のとき,

  fj=(2k+1,j+2)+(k,j+1)−2(k+1,j+2)

  f0=k^2+k

  f1=k(k+1)(2k−1)/2

[2]nが偶数(n=2k)のとき,

  fj=(2k+2,j+2)+(k+1,j+1)−2(k+2,j+2)

  f0=k^2+k+1

  f1=k(k+1)(2k+1)/2

 2次元:(f0,f1)=(3,3)

 3次元:(f0,f1,f2)=(6,9,5)

 4次元:(f0,f1,f2,f3)=(7,15,14,6)

 5次元:(f0,f1,f2,f3,f4)=(12,30,34,21,7)

 6次元:(f0,f1,f2,f3,f4,f5)=(13,42,64,55,28,8)

 7次元:(f0,f1,f2,f3,f4,f5,f6)=(20,70,120,125,84,36,9)

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