■計算可能な多胞体(その10)

 空間充填2^n+2n面体の頂点数と辺数について,再考してみたい.格子空間で(x,x,x/2,0,0)の置換を考えると1辺の長さはx/2・√2,(x,x,x,0,0,0)では1辺の長さはx/2・√2になる.

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[1]n=3のとき

 第1象限にある頂点P(x,x/2,0)を考えてみます.鏡映対称変換によって,第1象限内に移る点はその置換3!個(=正六角形)です.胞の位置には全部で8枚の正六角形ができます.また,頂点P(x,x/2,0)と結ばれる第1象限内の点は(x/2,x,0)と(x,0,x/2)の2点です.

 また,頂点P(x,x/2,0)の周囲には4点(x,±x/2,0),(x,0,±x/2)からなる正方形ができるので,8+6=14面体となるわけです.直接,点P(x,x/2,0)と結ばれる第1象限以外の点は(x,0,−x/2)です.

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[2]n=4のとき

 頂点P(x,x,0,0)の置換は4!/2!2!=6個(=正八面体)あります.胞の位置には全部で16個の正八面体ができます.また,点P(x,x,0,0)と結ばれる第1象限内の点は(x,0,x,0),(x,0,0,x),(0,x,x,0),(0,x,0,x)の4点です.

 また,頂点P(x,x,0,0)の周囲には6点(x,±x,0,0),(x,0,±x,0),(x,0,0,±x)からなる正八面体ができるので,16+8=正24胞体となるわけです.直接,点P(x,x,0,0)と結ばれる第1象限以外の点は(x,0,−x,0),(x,0,0,−x),(0,x,−x,0),(0,x,0,−x)の4点です.

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[3]n=5のとき

 頂点P(x,x,x/2,0,0)の置換は5!/2!2!=30個ありますが,直接,点P(x,x,x/2,0,0)と結ばれる第1象限内の点は(x/2,x,x,0,0),(x,x/2,x,0,0),(x,x,0,x/2,0),(x,x,0,0,x/2)の4点です.

 また,点P(x,x,x/2,0,0)の周囲には(x,±x,±x/2,0,0)の置換4!/2!・4=48個ありますが,直接,点P(x,x,x/2,0,0)と結ばれる第1象限以外の点は(x,x,0,−x/2,0),(x,x,0,0,−x/2)の2点です.

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[4]n=6のとき

 頂点P(x,x,x,0,0,0)の置換は6!/3!3!=20個あり,直接,点P(x,x,x,0,0,0)と結ばれる第1象限内の点は(x,x,0,x,0,0)(x,x,0,0,x,0),(x,x,0,0,0,x),(x,0,x,x,0,0),(x,0,x,0,x,0),(x,0,x,0,0,x),(0,x,x,x,0,0)(0,x,x,0,x,0),(0,x,x,0,0,x)の9点です.

 また,点P(x,x,x,0,0,0)の周囲には(x,±x,±x,0,0,0)の置換5!/2!3!・4=40個ありますが,直接,点P(x,x,x,0,0,0)と結ばれる第1象限以外の点は(x,x,0,−x,0,0),

(x,x,0,0,−x,0),(x,x,0,0,0,−x),(x,0,x,−x,0,0),(x,0,x,0,−x,0),(x,0,x,0,0,−x),(0,x,x,−x,0,0),(0,x,x,0,−x,0),(0,x,x,0,0,−x)の9点です.

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【1】一般化

[1]nが奇数のとき

 直接,点Pと結ばれる第1象限内の点はn−1点,

 直接,点Pと結ばれる第1象限以外の点は(n−1)/2

 切頂面の頂点数:(n−1)!/((n−1)/2)!{(n−3)/2}!・2^(n-1)/2

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[2]nが偶数のとき,

 直接,点Pと結ばれる第1象限内の点は(n/2)^2点,

 直接,点Pと結ばれる第1象限以外の点は(n/2)^2点

 切頂面の頂点数:(n−1)!/(n/2)!{(n−2)/2}!・2^(n-2)/2

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【2】f0公式

[1]nが奇数のとき

  n!/{(n−1)/2}!{(n−1)/2}!/2^(n-1)/2・2^n

 =n!/{(n−1)/2}!{(n−1)/2}!・2^(n+1)/2

ここで,m=(n−1)/2とおくと

  n2mCm・2^(m+1)=(2m+1)2mCm・2^(m+1)

[2]nが偶数のとき

  n!/{n/2}!{n/2}!/2^n/2・2^n

 =n!/{n/2}!{n/2}!・2^n/2

ここで,m=n/2とおくと

  2mCm・2^m

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【3】f1公式

[1]nが奇数のとき

  e=n!/{(n−1)/2}!{(n−1)/2}!(n−1)/2=n2mCm・m

とおくと

e/2(1/2^(n-3)/2+1/2^(n-1)/2)・2^n

 =e(2^(n+1)/2+2^(n-1)/2)=3e2^(n-1)/2

[2]nが偶数のとき,

  e=n!/{n/2}!{n/2}!・(n/2)^2/2=2mCm・m^2/2

とおくと

e(1/2^(n-2)/2)・2^n=e2^(n+2)/2

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