■世界で二番目(その3)

 世界で一番美しい数学公式の第1位に選ばれたのは,1,0,円周率π,自然対数の底e,虚数単位iが一堂に会する「オイラーの公式」

  e^iπ+1=0

であった.そして,世界で二番目に美しい数学公式が「オイラーの多面体定理」

  v−e+f=2

だったそうである.

 秋山仁先生の本の記述は通常の数学書よりも饒舌である.いま執筆中の原稿のなかで,オイラー・ポアンカレの定理の簡単かつオリジナルの証明として「放電法」を取り上げている.

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 オイラー・ポアンカレの定理とは,凸多面体の頂点,辺,面の数をそれぞれv,e,fとすると,

  v−e+f=2  (オイラーの多面体定理)

が成り立つというものである.これは3次元立体について,0次元の特性数であるv,1次元の特性数であるe,2次元の特性数であるfの関係を述べたものと解釈される.

 オイラー・ポアンカレの定理の2次元版を紹介すると,凸多角形では,

  v−e=0

であるから,n角形は必然的にn辺形になるし,また,4次元空間では,胞の個数をcで表すと,

v−e+f−c=0

というオイラー・ポアンカレの定理が成り立つことになる.

 私はこれまで,n角形はn辺形である,すなわち,

  v−e=0

を取り上げている数学書はみたことがない.n角形はn辺形であるとはいっても,読者はオイラー・ポアンカレの定理のありがたみを実感し「なるほど立派な定理だ」と思うだろうか? 何だか当たり前のことを大袈裟にいっていると感じるであろう.実際,各辺の両端には頂点が1つずつあるから,この定理は自明なのであるが,それを3次元に拡張したとたんに自明ではなくなる.さらに,それを4次元以上に対しても敷衍していくことができるのである.

 このような点はすでに初学者の域を脱した読者には間延びして感じられるかもしれないが,あえてこのようなことを書くのも,「現在では基本的または初等的とされる定理でも,それが発見されるまでには多くの試行錯誤があり,証明をするための努力があったはずだ.」ということを云いたいがためである.よく「日本人は水と安全はタダだと思っている」といわれるが,日常当たり前のように存在しているものは普段そのありがたみをを感じることはなく,失ってみて初めてその価値がわかるのである.

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