■サッカーボールの体積(その2)

 切頂四面体ともとの正四面体と体積比は

  1−4/27:1=23:27

正四面体の辺の長さを1とすると,正四面体の体積は1/6√2であるから,切頂四面体の体積は

  1/6√2・23/27

辺の長さを1に規格化すると

  1/6√2・23/27・27=23√2/12

 切頂四面体{3,3}(110)に対しても,わざわざ奥の手を使ってみたい.

===================================

 正四面体の基本単体は,

  P0(0,0,0)

  P1(1,0,0)

  P2(1,√(1/3),0)

  P3(1,√(1/3),1/2・√(2/3))

にとることができる.

  a1=1,a2=√(1/3),a3=1/2・√(2/3)=√(1/6)

  xj/aj=yj,y0=1,yn=0(xn=0)

とおく.

  (yj-1−yj)/(1/aj-1^2+1/aj^2)^1/2=(yj−yj+1)/(1/aj^2+1/aj+1^2)^1/2

を計算して

  1−y1=(y1−y2)/√4=L

 (y2−y3)/√9=0→y2=y3=0,y1=2/3(辺の三等分点),L=1/3

 PnP0に垂直なn次元超平面が点Qを通るのだが,原点をPnに移した方が紛らわしくないので

  a=(−a1,−a2,・・・,−an)

  q=(x1−a1,x2−a2,x3−a3,・・・,xn−an)

とすると,この超平面をa・(x−q)=0,a・x=a・q=cで表すと

  c0=−(a1x1+・・・+anxn)+(a1^2+・・・+an^2)

  c0=−(a1^2y1+・・・+an^2yn)+(a1^2+・・・+an^2)

  h0=|c0|/‖d0‖,‖d0‖=(a1^2+・・・+an^2)^1/2

  c0=a1^2+a2^2+a3^2−a1^2y1=1+1/3+1/6−2/3=5/6

  d0=(1+1/3+1/6)^1/2=(3/2)^1/2

  h0=5/6・√(2/3)

 辺の長さを1に規格化する.辺の長さは2L.したがって,

  Hk=hk/2L→H0=5/6・√(3/2)

 PnPn-1に垂直なn次元超平面では

  a=(0,・・・,0,−an)

  cn-1=−anxn+an^2=−an^2yn+an^2

  hn-1=|cn-1|/‖dn-1‖,‖dn-1‖=(an^2)^1/2

  an^2yn=0

→h2=a3=1/√6,H2=h2/2L=1/√6・3/2=1/2・√(3/2)

 また,

→V2=√3/4(正三角形の面積)

→Λ2=3√3/2(正六角形の面積)

  V=(N0・V2・H0+N2・Λ2・H2)/3

={4・√3/4・5/6・√(3/2)+4・3√3/2・1/2・√(3/2)}/3

={5/2√2+18/2√2}/3=23/6√2=23√2/12

となって一致.

===================================

[まとめ]

[1]中心から正三角形面までの距離

  H0=5/6・√(3/2)

[2]中心から正六角形面までの距離

  H2=1/2・√(3/2)

 三角関数を使わない分,計算は簡単になっているようだ.

===================================