■n次元の立方体と直角三角錐(その96)

 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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