n次元正単体を構成するのに,全体を1次元上げたことが影響しているのだろうか?
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[1]鏡映対称変換
3次元の場合,全体を1次元あげて4次元正単体の境界多面体
V1(1,0,0,0)
V2(0,1,0,0)
V3(0,0,1,0)
V4(0,0,0,1)
x+y+z+w=1
をとるとしよう.
x≧y≧z≧w≧0なる点P(x,y,z,w)が与えられたとき,ずべての稜線の長さが等しくなるのは,点Pからw=0平面,x=y平面,y=z平面,z=w平面までの距離が等しいときである.点Pをn−1次元境界多面体上の点(w=0)として,点P(x,y,z,0)からx=y平面,y=z平面,z=w平面までの距離を等しくとると
(x−y)/√2=(y−z)/√2=(z−w)/√2
→ x=3z,y=2z,z=z,w=0
これらは,x+y+z+w=1上の点であるから代入すると,6z=1
→ x=1/2,y=1/3,z=1/6,w=0
一般には,S=n(n+1)/2として
→ x=n/S,y=(n−1)/S,z=(n−2)/s,・・・,w=0
また,点P(x,y,z,w)のx=y平面に対する鏡映は(y,x,z,w)であるから,辺の長さは√2|x−y|=√2/S.
ここでは4次元空間内の距離を求めてはいるが,すべて4次元超平面x+y+z+w=1上の距離なので問題があるとは思えない.問題があるとすれば,中心から各面までの距離であろう.
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[2]中心から各面までの距離
切頂切稜面と中心座標
Pn(1/(n+1),・・・,1/(n+1))
の距離を求める.
P0(1,0,0,・・・,0)
P1(1/2,1/2,0,・・・,0)
P2(1/3,1/3,1/3,・・・,0)
Pn-1(1/n,1/n,1/n,・・・,0)
とおくと,切頂切稜面はPkPnに垂直で,点
Q=(n/S,(n−1)/S,(n−2)/S,・・・,0)
を通る.
PnP0=(1−1/(n+1),−1/(n+1),・・・,−1/(n+1))
PnP1=(1/2−1/(n+1),1/2−1/(n+1),−1/(n+1),・・・,−1/(n+1))
PnPn-1=(1/n−1/(n+1),・・・,1/n−1/(n+1),−1/(n+1))
ファセットを定めている不等式は,
a・x=c
で与えられる.一般に,超平面a・x=cと点x0の距離は
|a・x0−c|/‖a‖
とくに,原点からファセットまでの距離は|c|/‖a‖となる.
PnP0に垂直なn次元超平面が点Qを通るのだが,原点をPnに移した方が紛らわしくないので
a0=(1−1/(n+1),−1/(n+1),・・・,−1/(n+1))
q=(n/S−1/(n+1),(n−1)/S−1/(n+1),(n−2)/S−1/(n+1),・・・,0−1/(n+1))
とすると,この超平面をa・(x−q)=0,a・x=a・q=cで表すと
c0=n/2S,h0=|c0|/‖a0‖
PnP1に垂直なn次元超平面では
a1=(1/2−1/(n+1),1/2−1/(n+1),・・・,−1/(n+1))
c1=(n−1)/2S,h1=|c1|/‖a1‖
PnPn-1に垂直なn次元超平面では
an-1=(1/n−1/(n+1),1/n−1/(n+1),・・・,−1/(n+1))
cn-1=1/2S,hn-1=|cn-1|/‖an-1‖
‖ak‖^2=Σ(1/(k+1)−1/(n+1))^2+Σ(1/(n+1))^2=(n−k)^2/(k+1)(n+1)^2+(n−k)/(n+1)^2=(n−k)/(k+1)(n+1)
hk=(n−k)/2S・{(k+1)(n+1)/(n−k)}^1/2=1/n・{(k+1)(n−k)/(n+1)}^1/2
これでもhk=hn-k+1にはならないが,
n=3,k=0のとき.h0=1/3・{3/4}^1/2
n=3,k=1のとき.h1=1/3・{4/4}^1/2
h0/h1={3/4}^1/2=√3/2
となって,切頂八面体の計量と一致する.
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[3]まとめ
原正多胞体の面数公式を
Nk^(n)=n+1Ck+1
また,規格化した後のk次元面までの距離をHkとする.
Hk=hkS/√2={(k+1)(n−k)(n+1)/8}^1/2
置換多面体の体積公式は
Vn=N0Vn-1H0/n+N1Vn-2H1/n+・・・+Nn-2Vn-2H1/n+Nn-1Vn-1H0/n
nが奇数のとき,中央項はn−[(n+1)/2]次置換多面体柱柱・・・になる.
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