■平行体の体積とグラミアン(その35)

 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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