■計算可能な多胞体(その2)
[1]2(2^n−1)面体(置換多面体)の体積公式
V2=3√3/2
V3=8√2
V4=125√5/4
V5=324√3
V6=16807√7/8
V7=65536
[2]3^n−1面体の体積公式
V2=2(1+√2)
V3=22+14√2
V4=262+184√2
V5=4106+3128√2
V6=91236+57172√2
V7=4(476709+393581√2)
これらは,線分の「ミンコフスキー和」
vol(V)=Σ|det(vi1,・・・,vin)|
として求積したものです.どのように計算したのか,ポイントを示しておきます.
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【1】2(2^n−1)胞体の場合
稜の長さが√2の正単体の高さHnは,
Hn=√(1+1/n)
で与えられる.すなわち,辺の長さを1に規格化すると,高さは
Hn=√(1+1/n)/√2
で与えられる.
(n+1)次元の場合,新しく加わった軸上の正の側に1辺の長さが1となるように新しい頂点を取り,中心が原点にくるように全体を平行移動させると,
Hn・n/(n+1)=√(n/2(n+1))
−Hn・1/(n+1)=−√(1/2n(n+1))
より,具体的な座標値は
(−1/2, −√(1/12),−√(1/24),−√(1/40),・・・,−√(1/2n(n+1)))
(+1/2, −√(1/12),−√(1/24),−√(1/40),・・・,−√(1/2n(n+1)))
(0,√(1/3),−√(1/24),−√(1/40),・・・,−√(1/2n(n+1)))
(0,0,√(3/8),−√(1/40),・・・,−√(1/2n(n+1)))
(0,0,0,√(2/5),・・・,−√(1/2n(n+1)))
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(0,0,0,0,・・・,+√(n/2(n+1)))
となる.
たとえば,2次元正単体の3頂点は
(−1/2,−√(1/12))
(+1/2,−√(1/12))
(0,√(1/3))
3次元正単体の4頂点は
(−1/2,−√(1/12),−√(1/24))
(+1/2,−√(1/12),−√(1/24))
(0,√(1/3),−√(1/24))
(0,0,√(3/8))
そこで,
aj=√(1/2j(j+1))
とおくと,
P0(−a1,−a2,−a3,−a4,・・・,−an)
P1(+a1,−a2,−a3,−a4,・・・,−an)
P2(0,+2a2,−a3,−a4,・・・,−an)
P3(0,0,+3a3,−a4,・・・,−an)
P4(0,0,0,+4a4,・・・,−an)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
Pn(0,0,0,0,・・・,+nan)
P0が原点になるように平行移動させると,
P0(0,0,0,0,・・・,0)
P1(2a1,0,0,0,・・・,0)
P2(a1,3a2,0,0,・・・,0)
P3(a1,a2,4a3,0,・・・,0)
・・・・・・・・・・・・・
Pn-1(a1,a2,a3,a4,・・・,nan-1,0)
Pn(a1,a2,a3,a4,・・・,(n+1)an)
n(n+1)/2組の平行なn次元ベクトルは
P0P1=(2a1,0,0,0,・・・,0)
P0P2=(a1,3a2,0,0,・・・,0)
P0P3=(a1,a2,4a3,0,・・・,0)
P0P4=(a1,a2,a3,5a4,・・・,0)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・
P0Pn-1(a1,a2,a3,a4,・・・,nan-1,0)
P0Pn=(a1,a2,a3,a4,・・・,(n+1)an)
P1P2=(−a1,3a2,0,0,・・・,0)
P1P3=(−a1,a2,4a3,0,・・・,0)
P1P4=(−a1,a2,a3,5a4,・・・,0)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
P1Pn-1(−a1,a2,a3,a4,・・・,nan-1,0)
P1Pn=(−a1,a2,a3,・・・,(n+1)an)
P2P3=(0,−2a2,4a3,0,・・・,0)
P2P4=(0,−2a2,a3,5a4,・・・,0)
・・・・・・・・・・・・・・
P2Pn-1(0,−2a2,a3,a4,・・・,nan-1,0)
P2Pn=(0,−2a2,a3,a4,・・・,(n+1)an)
P3P4=(0,0,−3a3,5a4,・・・,0)
・・・・・・・・・・・・・・
P3Pn-1(0,0,−3a3,a4,・・・,nan-1,0)
P3Pn=(0,0,−3a3,a4,・・・,(n+1)an)
Pn-1Pn=(0,0,0,・・・,−(n−1)an-1,(n+1)an)
であって,それぞれノルムで割って規格化する必要がある.
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【2】3^n−1胞体の場合
n次元立方体の頂点は
(±1,±1,・・・,±1)
n次元正軸体の頂点の座標は
(±1,0,・・・,0)
(0,±1,・・・,0)
・・・・・・・・・・・
(0,±0,・・・,1)
で与えられるから,n^2組の平行な規格化n次元ベクトルは
(1,0,・・・,0)
(0,1,・・・,0)
・・・・・・・・・・
(0,0,・・・,1)
(±1,−1,0,・・・,0)/√2
(±1,0,−1,・・・,0)/√2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(±1,0,0,・・・,−1)/√2
(0,±1,−1,0,・・・,0)/√2
(0,±1,0,−1,・・・,0)/√2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(0,±1,0,0,・・・,−1)/√2
(0,0,・・・,±1,−1)/√2
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