■n次元正多面体の辺と対角線(その20)

 (その16)で,3次元・4次元の多面体に対してひとつの頂点からでるすべての辺と対角線の長さの積を調べてみたところ,一般に対角線や辺の長さは無理数になるため,長さの積は整数にすらならないことがわかったが,正八面体,正8胞体,正16胞体,正24胞体では整数,正5胞体では有理数になることがわかった.高次元の正多面体ではどうだろうか?

===================================

【1】正n+1胞体

  L1=√2,N1=n

  V=n+1,K=(1+1/n)

  K=1/r^2

  P=Π(√KLj)^Nj

を計算すると

  P={2(1+1/n)}^n/2

となって,偶数次元では有理数となることがわかる.なお,n≧2では整数にはならない.

===================================

【2】正2n胞体

  L1=2,N1=n

  L2=2√2,N2=n(n−1)/2

  L3=2√3,N3=n(n−1)(n−2)/6

  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

  Ln=2√n,Nn=1

  V=2^n,K=1/n

  P=(2/√n)^n(2√2/√n)^n(n-1)/2(2√3/√n)^n(n-1)(n-2)/6・・・(2√n/√n)

  P^2=(4/n)^n(4・2/n)^n(n-1)/2(4・3/n)^n(n-1)(n-2)/6・・・(4・n/n)

 連続するk個の自然数の積はk!で割り切れるから,Njはすべて整数である.また,

  (4/n)^n+n(n-1)/2+n(n-1)(n-2)/6+・・・+1=(4/n)^(2^n-1)

である.

  1^n・2^n(n-1)/2・3^n(n-1)(n-2)/6・・・n^1=Πk^(n,k)

に対しては

  1・n+2・n(n−1)/2+3・n(n−1)(n−2)/6+・・・+n・1=Σk・(n,k)=n・2^n-1

のような適当な式が見あたらないが,少なくともn=4では

  P^2=(4/n)^(2^n-1)・Πk^(n,k)

は整数となることがわかるだろう.

===================================

【3】正2^n胞体

  L1=√2,N1=2(n−1)

  L2=2,N2=1

  V=2n,K=1

  P=(√2)^2(n-1)・2=2^n

となって常に整数となるが,決してV=2nにはならないのである.

===================================