x=2/nとおきます.今回のコラムでは,計量的な方法と組み合わせ論的な方法を使って,空間充填2^n+2n面体のf0,f1公式を求めてみたいと思います.
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[1]n=3のとき
第1象限にある頂点P(x,x/2,0)を考えてみます.鏡映対称変換によって,第1象限内に移る点はその置換3!個(=正六角形)ですが,そのいずれも2つの象限間にまたがっているため,
f0=3!/2・2^3=24
また,頂点P(x,x/2,0)と結ばれる第1象限内の点は(x/2,x,0)と(x,0,x/2)の2点ですが,(x,x/2,0)−(x/2,x,0)は2つの象限間にまたがっているため,
2e=2v=12
f1=(3/1+3/2)・2^3=36
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[2]n=4のとき
頂点P(x,x,0,0)の置換は4!/2!2!=6個(=正八面体)ありますが,そのいずれも4つの象限間にまたがっているため,
f0=6/4・2^4=24
また,点P(x,x,0,0)と結ばれる第1象限内の点は(x,0,x,0),(x,0,0,x),(0,x,x,0),(0,x,0,x)の4点ですが,いずれも2つの象限間にまたがっているため,
2e=4v=24
f1=12/2・2^4=96
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[3]n=5のとき
頂点P(x,x,x/2,0,0)の置換は5!/2!2!=30個ありますが,そのいずれも4つの象限間にまたがっているため,
f0=30/4・2^5=240
また,点P(x,x,x/2,0,0)と結ばれる第1象限内の点は(x/2,x,x,0,0),(x,x/2,x,0,0),(x,x,0,x/2,0),(x,x,0,0,x/2)の4点で,頂点数30の多面体の辺数eは
2e=4v=120,e=60
となりますが,(x/2,x,x,0,0),(x,x/2,x,0,0)とは4つの象限間に,(x,x,0,x/2,0),(x,x,0,0,x/2)とは2つの象限間にまたがっているため,
f1=(30/2+30/4)・2^5=720
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[4]n=6のとき
頂点P(x,x,x,0,0,0)の置換は6!/3!3!=20個ありますが,そのいずれも8つの象限間にまたがっているため,
f0=20/8・2^6=160
また,点P(x,x,x,0,0,0)と結ばれる第1象限内の点は(x,x,0,x,0,0)(x,x,0,0,x,0),(x,x,0,0,0,x),(x,0,x,x,0,0),(x,0,x,0,x,0),(x,0,x,0,0,x),(0,x,x,x,0,0)(0,x,x,0,x,0),(0,x,x,0,0,x)の9点で,頂点数20の多面体の辺数eは
2e=9v=180,e=90
となりますが,いずれも4つの象限間にまたがっているため,
f1=90/4・2^6=1440
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[5]n=7のとき
頂点P(x,x,x,x/2,0,0,0)の置換は7!/3!3!=140個ありますが,そのいずれも8つの象限間にまたがっているため,
f0=140/8・2^7=2240
また,点P(x,x,x,x/2,0,0,0)と結ばれる第1象限内の点は(x/2,x,x,x,0,0,0),(x,x/2,x,x,0,0,0),
(x,x,x/2,x,0,0,0),(x,x,x,0,x/2,0,0),(x,x,x,0,0,x/2,0),(x,x,x,0,0,0,x/2)の6点で,頂点数140の多面体の辺数eは
2e=6v=840,e=420
となりますが,(x/2,x,x,x,0,0,0),(x,x/2,x,x,0,0,0),(x,x,x/2,x,0,0,0)とは8つの象限間に,(x,x,x,0,x/2,0,0),(x,x,x,0,0,x/2,0),(x,x,x,0,0,0,x/2)とは4つの象限間にまたがっているため,
f1=(210/8+210/4)・2^7=10080
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[6]n=8のとき
頂点P(x,x,x,x,0,0,0,0)の置換は8!/4!4!=70個ありますが,そのいずれも16の象限間にまたがっているため,
f0=70/16・2^8=1120
また,点P(x,x,x,x,0,0,0,0)と結ばれる第1象限内の点は(x,x,x,0,x,0,0,0),(x,x,x,0,0,x,0,0),(x,x,x,0,0,0,x,0),(x,x,x,0,0,0,0,x),(x,x,0,x,x,0,0,0),(x,x,0,x,0,x,0,0),(x,x,0,x,0,0,x,0),(x,x,0,x,0,0,0,x),(x,0,x,x,x,0,0,0),(x,0,x,x,0,x,0,0),(x,0,x,x,0,0,x,0),(x,0,x,x,0,0,0,x),(0,x,x,x,x,0,0,0),(0,x,x,x,0,x,0,0),(0,x,x,x,0,0,x,0),(0,x,x,x,0,0,0,x)の16点で,頂点数70の多面体の辺数eは
2e=16v=1120,e=560
となりますが,いずれも8つの象限間にまたがっているため,
f1=560/8・2^8=17920
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