■単純リー環を使った面数数え上げ(その185)
置換多面体の体積が
vol(P)=(n+1)^n-1/2/2^n/2
となることを数学的帰納法で証明してみたい.たたし,n=0のとき,vol(P)=1とする.
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漸化式を
Vn=Σn+1Ck+1Vn-k-1VkHk/n
とし,正単体の基本単体は
ak=√(2/k(k+1)) (k=1〜n)
で定める.
1/aj-1^2+1/aj^2=(j−1)j/2+j(j+1)/2=j^2
より
(yj-1−yj)/(1/aj-1^2+1/aj^2)^1/2=(yj−yj+1)/(1/aj^2+1/aj+1^2)^1/2
は
(yj-1−yj)/j=(yj−yj+1)/(j+1)
となる.
点Q(x1,x2,・・・,xn-1,0)から,
x1=a1平面(1−x1/a1平面)
x1/a1−x2/a2=0平面
・・・・・・・・・・・・・・・
xn-2/an-2−xn-1/an-1=0平面
までの距離Lが等しいならば,
(y0−y1)=(y1−y2)/2=(y2−y3)/3=・・・=(yn-2−yn-1)/(n−1)=(yn-1−yn)/n=2L
具体的には
yn-1=2/(n+1)
yn-2=(2+2(n−2)/(n+1))/n=2(2n−1)/n(n+1)
yn-3=2(1+(n−3)(2n−1)/n(n+1))/(n−1)=2(2n−1)/n(n+1)=6(n−1)/n(n+1)
となるが,
yj=(2+jyj+1)/(j+2)
のままにしておく.
最終的には,置換多面体の体積公式(角錐分解公式)は
Vn=ΣNjHj/n・Vn-j-1Vj
Nk^(n)=n+1Ck+1
Hk=hk/2|1−y1|
={(k+1)(n−k)(n+1)/8}^1/2
で与えられる.
また,
Vn-k-1Vk=(n−k)^(n-k-1)-1/2/2^(n-k-1)/2・(k+1)^k-1/2/2^k/2
=(n−k)^(n-k-1)-1/2・(k+1)^k-1/2/2^(n-1)/2
Vn-k-1VkHk=(n−k)^(n-k-1)(k+1)^k(n+1)^1/2/2^(n+2}/2
ここで,k=0〜n−1より,
Σn+1Ck+1Vn-k-1VkHk=(n+1)^n-1(n+1)^1/2/2^(n+2)/2
したがって,
vol(P)=(n+1)^n-1/2/2^n/2
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