■スターリングの公式の図形的証明?(その46)

  平行体の体積とグラミアン」シリーズでは,

[1]2(2^n−1)面体(置換多面体)の体積公式

[2]3^n−1面体の体積公式

について,2つの方法

[1]漸化式

[2]行列式(グラミアン)

で計算したところ,どちらの多面体でも4次元まで[1][2]は一致したものの5次元以上で乖離してしまった.

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[1]2(2^n−1)面体(置換多面体)の体積公式

 辺の長さを1に規格化する.

  Hk=hk/2|x1−a1|=hk/|1−y1|

原正多胞体の面数公式を

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

とすると,置換多面体の体積公式は

  Vn=(N0Vn-1H0+N1Vn-2H1+・・・+Nn-2Vn-2Hn-2+Nn-1Vn-1Hn-1)/n

 たとえば,漸化式で,8枚の正六角形と6枚の正方形からなる切頂八面体の体積を求めると

  V3=(4V2H0+6V1H1+4V2H2)/3=8√2

となって正しい解が得られた.

[2]3^n−1面体の体積公式

 辺の長さを1に規格化する.

  Hk=hk/2ω=hk/(2n+n(n−1)√2)

原正多胞体の面数公式を

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

とすると,正軸体版の体積公式は

  Λn=(N0Λn-1H0+N1Λn-2H1+・・・+Nn-2Vn-2Hn-2+Nn-1Vn-1Hn-1)/n

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 行列式の方が美しい.だからこちらが正しいとは断定できないが,行列式の方が正しいとすると

[1]2(2^n−1)面体(置換多面体)の体積公式

  V2=3√3/2

  V3=8√2

  V4=125√5/4

  V5=324√3

  V6=16807√7/8

  V7=65536

[2]3^n−1面体の体積公式

  V2=2(1+√2)

  V3=22+14√2

  V4=262+184√2

  V5=4106+3128√2

  V6=91236+57172√2

  V7=4(476709+393581√2)

 次元に依存した処理はしていないので,4次元までOK,5次元でNGなら原因の究明は容易だと思われたが,いまだ5次元以上での乖離の原因はつかめていない.

[雑感]この結果も(その33)−(その38)の結果と整合しているように思える.当初は,面数2(2^n−1)の空間充填多面体(置換多面体,頂点数(n+1)!)を使えばよりよい上界・下界評価が可能になるかもしれないとかんがえていたのであるが,3^n−1面体に期待を掛けたい.

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