■完全グラフと同色の三角形(その8)

 n次元正単体,正軸体,超立方体のk次元胞の数を表す公式は古くから知られており,Coxeter, Regular Polytopesにも表がついています.

[1]n次元正単体は(n+1)個の点からなる完全グラフとみなすことができ,k次元胞の数はfk=(n+1,k+1)です.

  Σfkx^k={(1+x)^n+1−1}/x

[2]n次元正軸体については,母関数が

  Σfkx^k={(1+2x)^n−1}/x

という形になります.すなわち,fk=2^(k+1)(n,k+1)です.

[3]n次元超立方体はこの双対で,母関数が

  Σfkx^k=(2+x)^n

という形になります.すなわち,fk=2^(n-k)(n,k)です.

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【1】デーン・サマービル関係式

 各頂点がn本の辺上にあるn価のn次多面体(単純多面体)に対しては,デーン・サマービル関係式

  fk=Σ(0,k)(−1)^j(n−j,n−k)fj

が成り立つ.

 k次元面はn−k個のファセットの共通部分に含まれる,残りのn−j個のファセット上のあるものを引いて,引き過ぎた分を足し直してということを繰り返した包除公式である.

 単純n次多面体に対して,与えられたj次面を含むk次面の数は(n−j,n−k)になる.k=nのときがオイラー関係式

  fn=Σ(0,n)(−1)^jfj=1

であるが,オイラー関係式は単純多面体だけでなく任意の多面体に対して成り立つ.

 デーンは1905年に5次元においてこの関係式を証明した.およそ20年後の1927年,サマービルが一般の場合を証明した.

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