■n次元の立方体と直角三角錐(その64)

 シュレーフリの記号(p1,p2,・・・,pn-1)で表されるn次元正多面体の基本単体の基本行列の固有多項式の値を考える.とくに,正単体については

  Δ(3,3,・・・,3)=1−(n−1,1)/4+(n−2,2)/4^2−(n−3,3)/4^3+・・・=Σ(−1)^k(n−k,k)/4^k

となる.これを閉じた形に表すことはできないのだろうか?

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 与式はk=0から始まるので第0項から始まるように,パラメータをずらす必要はない.級数Σ(−1)^k(n−k,k)/4^kの項比は

  ak+1/ak=-(n-2k)(nー2k-1)/4(n-k)(k+1)=(k-n/2)(k-(n-1)/2)/(k-n)(k+1)

であるから,

  a0*2F1(-n/2,-(n-1)/2;-n;1)

また,a0=1より

  2F1(-n/2,-(n-1)/2;-n:1)

これより,超幾何級数であると同定される.ここで,参考文献にある公式を活用しよう.

  2F1(a,a+1/2;c:x)=(2/(1+(1-x)^(1/2)))^(2a)*2F1(2a,2a-c+1;c:y)

  y={1-(1-x)^1/2}/{1+(1-x)^1/2}

において,a=−n/2,c=−n,x=1

  2F1(-n/2,-(n+1)/2;-n:1)=2^(-n)*2F1(-n,1;-n:1)

 2F1(-n,1;-n:x)は1F0(1;x)=1/(1-x)とは等しくなく,有限級数

  1+x+x^2+x^3+・・・+x^n=(1-x^n+1)/(1-x)

であるから

  2F1(-n/2,-(n-1)/2;-n:1)=(n+1)/2^n

 なお,(交代級数でなく)正項級数の場合は

  1+(n−1,1)/4+(n−2,2)/4^2+(n−3,3)/4^3+・・・=Σ(n−k,k)/4^k=2F1(-n/2,-(n-1)/2;-n:-1)

y={1-(2)^1/2}/{1+(2)^1/2}=2√2−3として

  (2/(1+√2))^(-n)(1-y^n+1)/(1-y)

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 また,Δは漸化式

  Δ(p1,p2,・・・,pn-1)=Δ(p2,・・・,pn-1)−Δ(p3,・・・,pn-1)cos^2(π/p1)

で順次作ることができて,正軸体・立方体では,正単体の結果を用いて

  Δ(3,3,・・・,4)=Δ(4,3,・・・,3)

 =Δ(3,3,・・・,3)−Δ(3,・・・,3)/2

 =n/2^(n-1)-1/2・(n-1)/2^(n-2)=1/2^(n-1)

 空間充填形については,この結果を用いて

  Δ(4,3,・・,3,4)

 =Δ(3,3,・・・,4)−Δ(3,・・・,4)/2

 =1/2^(n-2)-1/2・1/2^(n-3)=0

となる.これらについては後日,追加報告したい.

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