■ウィア・フェラン泡(その29)

 たとえば,三角八面体の体積の公式にはΔ^16が含まれています.これ以上面の数が増えると次数は急速に大きくなります.三角12面体について,体積公式を求めてみたい.

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 三角形の面積,四面体の体積を座標を使って表すためにはn+1個の点の座標に(1,1,1,・・・,1)を加えて作られる(n+1)次の行列式の絶対値を考えます.

  |S|=|1 x1 y1|   |V|=|1 x1 y1 z1|

      |1 x2 y2|       |1 x2 y2 z2|

      |1 x3 y3|       |1 x3 y3 z3|

                     |1 x4 y4 z4|

 原点が含まれるときは,

  |S|=|x1 y1|   |V|=|x1 y1 z1|

      |x2 y2|       |x2 y2 z2|

                   |x3 y3 z3|

のように展開されます.

 これらはそれぞれn次元単体の体積のn!倍になりますから,三角形の面積,四面体の体積は,

  S’=S/2

  V’=V/6

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Δ=x1y2z3+x3y1z2+x2y3z1−x1y3z2−x2y1z3−x3y2z1

原点から底面までの距離Hは

Δ1=(y2z3+y1z2+y3z1−y3z2−y1z3−y2z1)/Δ

Δ2=(x1z3+x3z2+x2z1−x1z2−x2z3−x3z1)/Δ

Δ3=(x1y2+x3y1+x2y3−x1y3−x2y1−x3y2)/Δ

として,

H=1/{Δ1^2+Δ2^2+Δ3^2}^1/2

 また,底面積は

a=(x2−x1,y2−y1,z2−z1)

b=(x3−x1,y3−y1,z3−z1)

として,

S=|a||b|sinθ

cosθ={(x2−x1)(x3−x1)+(y2−y1)(y3−y1)+(z2−z1)(z2−z1)}/|a||b|

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