■n次元正多面体の辺と対角線(その56)

 (その54)(その55)の間違いに気づいた.6乗和について,n=3のときは対角線をもたないので,辺の長さ√3→6乗和=2(√3)^6=54<20n=60.n=4のとき,この単位円に内接するのは正方形であるから,可能な長さは辺の長さ√2と対角線の長さ2である→6乗和=2(√2)^6+2^6=80=20n.n=5のときは簡単ではないので省略するが,n=6のとき,辺の長さ1と対角線の長さ√3と2である→6乗和=2・1^6+2(√3)^6+2^6=120=20n.

 すなわち,nのパリティー(奇数か偶数か)によって違いを生ずるようにみえる.nが偶数のときは辺も含めてn/2個の異なる対角線があり,奇数のときは(n−1)/2個の異なる対角線があることに起因しているのだろうか.

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【1】正三角形の場合(n=3)

 n個の頂点を(P1,・・・,Pn)とする.三角形の場合,P1P2=P1P3=√3,Σ(1,n))|P1Pj|^2=2n=6

 頂点P1の対蹠点をP0とし,ここから3頂点P1,P2,P3までの距離の2乗和,4乗和,6乗和,8乗和,・・を考えてみよう.

  |P0P1|^2=4

  |P0P2|^2=|P0P1|^2−|P0P2|^2=1

  |P0P3|^2=|P0P1|^2−|P0P3|^2=1

  Σ(0,n))|P0Pj|^2=6=2n=6

  |P0P1|^4=16

  |P0P2|^4=(|P0P1|^2−|P0P2|^2)^2=1

  |P0P3|^4=(|P0P1|^2−|P0P3|^2)^2=1

  Σ(0,n))|P0Pj|^4=18=6n=18

  |P0P1|^6=64

  |P0P2|^6=(|P0P1|^2−|P0P2|^2)^3=1

  |P0P3|^6=(|P0P1|^2−|P0P3|^2)^3=1

  Σ(0,n))|P0Pj|^6=66>20n=60>Σ(1,n))|P1Pj|^6=54

  |P0P1|^8=256

  |P0P2|^8=(|P0P1|^2−|P0P2|^2)^4=1

  |P0P3|^8=(|P0P1|^2−|P0P3|^2)^4=1

  Σ(0,n))|P0Pj|^8=258>70n=210>Σ(1,n))|P1Pj|^8=162

 ここで,面白い事実に気づく.

  (Σ(0,n))|P0Pj|^2m+Σ(0,n))|P0Pj|^2m)/2=(2m,m)n

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【2】2m=2

[1]正二角形   :Q=4

[2]正三角形   :Q=6

[3]正方形    :Q=8

[4]正五角形体  :Q=10

[5]正六角形体  :Q=12

[6]正七角形   :Q=14

[7]正八角形   :Q=16

[8]正九角形体  :Q=18

[9]正十角形   :Q=20

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【3】2m=4

[1]正二角形   :Q=16>6n=12

[2]正三角形   :Q=18

[3]正方形    :Q=24

[4]正五角形体  :Q=30

[5]正六角形体  :Q=36

[6]正七角形   :Q=42

[7]正八角形   :Q=48

[8]正九角形体  :Q=54

[9]正十角形   :Q=60

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【4】2m=6

[1]正二角形   :Q=64>20n=40

[2]正三角形   :Q=54<20n=60

[3]正方形    :Q=80

[4]正五角形体  :Q=100

[5]正六角形体  :Q=120

[6]正七角形   :Q=140

[7]正八角形   :Q=160

[8]正九角形体  :Q=180

[9]正十角形   :Q=200

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【5】2m=8

[1]正二角形   :Q=256>70n=140

[2]正三角形   :Q=162<70n=210

[3]正方形    :Q=288>70n=280

[4]正五角形体  :Q=350

[5]正六角形体  :Q=420

[6]正七角形   :Q=490

[7]正八角形   :Q=560

[8]正九角形体  :Q=630

[9]正十角形   :Q=700

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【6】まとめ

  Σ(1,n)|P1Pj|^2m=(2m,m)n

は正しい公式であるだが,n>mであることが必要となる.

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