■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

  (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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