■ガンマ関数と超球

 円周の長さは2πr,球の表面積は4πr^2で与えられます.このことから,4次元超球の表面積は6πr^3あるいは8πr^3で与えられると勘違いしてしまいそうですが,これは大きな誤りです.

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 球に相当するn次元の図形を超球と呼びます.n次元単位超球{x1^2+x2^2+・・・+xn^2≦1}の体積をVnとすると,V1=2(直径),V2=π(面積),V3=4π/3(体積)はご存知でしょう.

 n次元単位球の体積は,ガンマ関数を用いて

  Vn=π^(n/2)/Γ(n/2+1)

で表すことができます.

 この結果は,形式的に

  Vn=π^(n/2)/(n/2)!

と書くことができます. Γ(m+1)=m!

 これより、半径rのn次元超球の超体積は

  Vnr^n=(πr2)^(n/2)/Γ(n/2+1)

となります.

 また,単位超球の表面積Sn-1はnVn、半径rのn次元球の体積はvnr^n,表面積はnVnr^n-1となります.

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 n=4の場合,V4=π^2/2!より,4次元超球の表面積は

 nVnr^n-1=4V4r^3=2π^2r^3

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