■n次元の立方体と直角三角錐(その142)

 点Q(x1,・・・xn)と基本単体のすべてのファセットまでの距離が等しいとき,

  (x1−x2)/√2=(x2−x3)/√2=・・・=(xn-1−xn)/√2=xn

が成り立つ.

 今回のコラムでは,空間充填2^n+2n胞体に関する定理

[定理1]超立方体[0,2]^nの基本単体の最長辺の中点を通る直交超平面

  x1+x2+・・・+xn=n/2

は基本単体を合同2分割する.なお,この超平面はnが偶数のときPn/2を通る.この定理は重要で,この2^n+2n胞体がn次元の体心立方格子に対応する空間充填図形であることを示している.

[定理2]超平面

  x1+x2+・・・+xn=n/2

は正軸体[0,n/2]^nに対応する.その切頂面はxi=1である.したがって,正軸体[0,1]^nに対応する切頂面は,xi=2/nとなる.

[定理3]正軸体[0,1]^nの頂点を一斉に2n個

  |xi|=2/n

で切り落として残る図形は空間充填図形となる.この超平面はnが偶数のときPn/2-1を通る.

の別証明をを与えておきたい.

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【1】nが奇数のとき

[1](x1−x2)/√2=・・・=(x(n-3)/2−x(n-1)/2)/√2=0より,

  x1=x2=・・・=x(n-1)/2=α

[2](x(n+3)/2−x(n+5)/2)/√2=・・・=xn=0より,

  x(n+31/2=・・・=xn=0

[3](x(n-1)/2−x(n+1)/2)/√2=(x(n+1)/2−x(n+3)/2)/√2より,

  x(n-1)/2=α/2

[4]x1+x2+・・・+xn=1より,

  (n−1)/2・α+α/2=n/2・α=1 → x1=2/n

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【2】nが偶数のとき

[1](x1−x2)/√2=・・・=(xn/2-1−xn/2)/√2=0より,

  x1=x2=・・・=xn/2=α

[2](xn/2+1−xn/2+2)/√2=・・・=xn=0より,

  xn/2+1=・・・=xn=0

[3]x1+x2+・・・+xn=1より,

  n/2・α=1 → x1=2/n

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