辺(p,q,r)が1点において直交する四面体において,3つの面の面積をa,b,c,斜面の面積をdとすると
a^2+b^2+c^2=d^2
というのが,ファウルハーバーの定理の適用できる直角三角錐(trirectangular tetrahedron:TT)ですが,ここで扱いたい直角三角錐は辺(p,q),(q,r)が直交し,pq平面と辺rも互いに直交するが,(p,r)は同一平面上になくねじれの位置にあるというもの(quadrirectangular tetrahedron:QT)です.
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辺の長さは
TT:p,q,r,√(p^2+q^2),√(q^2+r^2),√(r^2+p^2)
QT:p,q,r,√(p^2+q^2),√(q^2+r^2),√(p^2+q^2+r^2)ですから,辺長の総和も2乗和もQTのほうが大きいのですが,両者の体積は等しく
pqr/6
です.
表面積については,斜面の面積を
S={(pq/2)^2+(qr/2)^2+(rp/2)^2}^1/2
とおくと,
TT:(pq+qr+rp)/2+S
QT:(pq+qr+p√(q^2+r^2)+r√(p^2+q^2))/2
ですが,表面積の2乗和は等しくなります.
TT:2S^2
QT:(pq/2)^2+(qr/2)^2+(p√(q^2+r^2)/2)^2+(r√(p^2+q^2)/2)^2
=(pq/2)^2+(qr/2)^2+(√(p^2q^2+r^2p^2)/2)^2+(√(r^2p^2+q^2r^2)/2)^2
=2{(pq/2)^2+(qr/2)^2+(rp/2)^2}=2S^2
すなわち,TTとQTは体積と表面積の2乗和が等しい類似物ということになります.
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