■スターリングの公式の図形的証明?(その57)

 (その55)で行った計算で,反省点が見えてきたのであるが,(その36)〜(その38)をやり直してみたい.

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 辺の長さが√2のn+1次元正単体のファセット(n次元面)を考えると,その中心は

  (1/(n+1),1/(n+1),・・・,1/(n+1))

頂点(1,0,・・・,0)

辺の中心(1/2,1/2,0,・・・,0)

面の中心(1/3,1/3,1/3,0,・・・,0)

n−1次元面の中心(1/n,・・・,1/n,0)

 したがって,j次元面までの距離rjは

  {(j+1)(1/(j+1)−1/(n+1))^2+(n−j)(1/(n+1))^2}^1/2

={(n−j)/(j+1)(n+1)}^1/2

 また,

  1−y1=2/n(n+1)

より,規格化前(正単体の辺の長さ1)の置換多面体の体積は

  Vn=(n+1)^(n-1/2}/2^n/2・{2/n(n+1)}^n

 辺の長さ√2の置換多面体の体積は

  Vn=(n+1)^(n-1/2}/2^n/2・{2/n(n+1)}^n・2^n/2

=(n+1)^(-1/2}・{2/n}^n

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 辺の長さ√2のj次元面までの距離rjは

  {(j+1)(1/(j+1)−1/(n+1))^2+(n−j)(1/(n+1))^2}^1/2

={(n−j)/(j+1)(n+1)}^1/2

 もし,置換多面体の体積がある内接球で近似できるとしたら

  Vn=(n+1)^(-1/2}・{2/n}^n

〜 π^(n/2)/Γ(n/2+1)・r^n

  r^n={(n−j)/(j+1)(n+1)}^n/2

 n=2kのとき,

  π^k/k!・{(2k−j)/(j+1)(2k+1)}^k

〜(2k+1)^(-1/2}・{1/k}^2k

  k!/π^k・{(2k−j)/(j+1)(2k+1)}^-k

〜(2k+1)^(1/2}・{k}^2k

  k!/k^k〜(2k+1)^(1/2}・{k}^2k・π^k・{(2k−j)/(j+1)(2k+1)}^k

〜(2k+1)^(1/2}・{k^2π(2k−j)/(j+1)(2k+1)}^k

 したがって,

  {k^2(2k−j)/(j+1)(2k+1)}〜1/8

  8k^2(2k−j)〜(j+1)(2k+1)

  (8k^2+2k+1)j〜8k^3−2k−1

  j〜(8k^3−2k−1)/(8k^2+2k+1)〜k

なる中接球のときフィットすることが理解される.

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