■計算可能な多胞体(その3)
(その2)では体積公式を補足をしたので,今回のコラムでは面数公式について補足しておきたい.
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【1】2(2^n−1)胞体,3^n−1胞体
これらは単純多面体なので,
f1=nf0/2
である.f0は基本単体数に一致するので,2(2^n−1)胞体では
f0=(n+1)!
3^n−1胞体では,
f0=2^n・n!
となる.
頂点図形(star)を描くことによって,n=6までの面数公式は構成可能であるが,単純多面体であるから,2^n+2n胞体よりは楽に構成できる.しかし,それよりもこれらの多面体が再帰的な構造を有していることに気づけば,先人達も苦心した難題も難なく構成可能となるのである.
fk^(n)=Σ(j=0~k)Nj^(n)f(k-j)^(n-1ーj) (k≦n−2)
2(2^n−1)胞体の場合・・・Nk^(n)=n+1Ck+1
3^n−1胞体の場合・・・・・・Nk^(n)=2^(k+1)nCk+1
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【2】2^n+2n胞体
正軸体の切頂面となる(n−1)次元面の頂点は,x=2/nとして
[1]n=3のとき,
(x,x/2,0)
[2]n=4のとき,
(x,x,0,0)
[3]n=5のとき,
(x,x,x/2,0,0)
[4]n=6のとき,
(x,x,x,0,0,0)
[5]n=7のとき,
(x,x,x,x/2,0,0,0)
[6]n=8のとき,
(x,x,x,x,0,0,0,0)
となる.
nのパリティー(奇数か偶数か)によって違いを生ずるため,nが偶数か奇数かのケースにわける必要がある.
[1]f0公式
[a]nが奇数のとき
f0= n!/{(n−1)/2}!{(n−1)/2}!/2^(n-1)/2・2^n
=n!/{(n−1)/2}!{(n−1)/2}!・2^(n+1)/2
[b]nが偶数のとき
f0=n!/{n/2}!{n/2}!/2^n/2・2^n
=n!/{n/2}!{n/2}!・2^n/2
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[2]f1公式
[a]nが奇数のとき
e=n!/{(n−1)/2}!{(n−1)/2}!(n−1)/2=f0・(n−1)/2^(n+3)/2
とおくと
f1=3e2^(n-1)/2=3f0・(n−1)/4
[b]nが偶数のとき,
e=n!/{n/2}!{n/2}!・(n/2)^2/2=f0・(n/2)^2/2^(n+2)/2
とおくと
f1=e2^(n+2)/2=f0(n/2)^2
n次元の立方体(頂点数2^n)の頂点を超平面で切り落として残る空間充填図形(2^n+2n胞体)の面数公式fkは,f0,f1公式を除き,一般式は得られていない.
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