■4次元の雪,5次元の雪,6次元の雪,・・・(その29)
【1】シュレーフリ関数Fn(θ)
(その28)に掲げたシュレーフリ関数S(x,y,z)は,n次元球の最密充填に関する評価式のうち,n=4に対する場合には利用できますが,一般のn次元で使えるようにするために,それを拡張しておく必要があります.また,正単体の諸量を計算するためには,one-parameter化しておいた方が都合がよいと考えられます.
そこで,シュレーフリは,微小変化量dFが
dFn+1(θ)=Fn-1(φ)dF2
すなわち,2次元の球面上の三角形の面積に比例することを用いて,シュレーフリ関数Fn(θ)を
Fn+1(θ)=2/π∫(1/2arcsec(n),θ)Fn-1(φ)dθ
sec2φ=sec2θ−2
F0(θ)=1,F1(θ)=1
で再帰的に定義しました.
dF2=2/πdθ
というわけですが,
F2(θ)=2/π・θ
F3(θ)=2/π(θ−π/6)
となることは簡単に確かめられます.
さらに,シュレーフリは
F2k+1(θ)=F2k(θ)-1/3F2k-2(θ)+2/15F2k-4(θ)-・・・
と展開され,その係数が
tanhx=x-1/3x^3+2/15x^5-17/315x^7+(-1)^(n-1)2^(2n)(2^(2n)-1)Bn/(2n!)x^(2n-1)・・・
と同じであることを示しています.
したがって,奇数次元のシュレーフリ関数に関しては
F3(θ)=F2(θ)-1/3=2/π(θ−π/6)
F5(θ)=F4(θ)-1/3F2(θ)+2/15
F7(θ)=F6(θ)-1/3F4(θ)+2/15F2(θ)-17/315
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F3(1/2arccos(1/3))=arccos(1/3)/π−1/3
それに対して,F4(θ)を解析的に求めることは難しく,数値積分で近似値を計算することになるのですが,F4(1/2arccos(1/4))の場合,公式
Fn+1(1/2arccos(1/n))=0
を用いて,
F5(1/2arccos(1/4))=0
また,
F5(θ)=F4(θ)-1/3F2(θ)+2/15
より,
F4(1/2arccos(1/4))=1/3(arccos(1/4)/π-2/5)
と計算されます.
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