■n次元正多面体の辺と対角線(その50)

 球面上のn点集合の問題は等周問題と類似の様相を呈してきました.多面体の等周問題には未解決の問題がまだまだ残されています.ここでは,任意の次元の球に内接する正多面体について,ひとつの頂点から他のn−1個の頂点までの距離の積について考えてみます.

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【1】ひとつの頂点から他のn−1個の頂点までの距離の積

 任意の次元の球に内接する多面体で,セントロイドと外接球の中心が一致するとき

  Σd^2=2n

が成立する.これ以降,任意の次元の球に内接する多面体で,セントロイドと外接球の中心が一致するものを考慮の対象とする.場合によってはd次元多面体が一挙に2次元平面に退化し多角形になることもあるだろう.ここでは,2次元平面に退化した場合について考えることにする.

 多角形Π=(z0,z1,・・・,zn-1)の頂点の重心がOにあるとき,

  Πdj^2=Π|zj−z0|^2=Π|zj−1|^2=Π(2−2p0・pj)=2^n-1Π(1−cosθj)=4^n-1Πsin^2(θj/2)

 議論を論理的にするには,多角形Π=(z0,z1,・・・,zn-1)を等辺n角形とし,

  za=Σ(j=0-n-1)ζjωa^j=ζ0+ζ1ωa+ζ2ωa^2+・・・+ζn-1ωa^n-1

  ωa=exp(2πia/n)   (a=0,1,・・・,n−1)

をその頂点の有限フーリエ級数とする.

 頂点の重心がOにあると仮定すると,

  ζ0=0,ωj−1=2sinπj/n・exp(iπj/n)

となるのだが,直観的には,多角形Π=(z0,z1,・・・,zn-1)を正n角形とすると,

  dj=|zj−1|=|2sinπj/n|

はその中央項に関して対称な単峰性の数列を形成すること,また,項は中央に近づくにつれて増加し,j=1,j=n−1に対する両端の項は等しく,数列の最小であることに注目すると

  Πdj^2=4^n-1Πsin^2πj/n=n^2

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