■デューラーの八面体の設計(その25)
L^2≧4πS (2次元等周不等式)
S^3≧36πV^2 (3次元等周不等式)
をどんな次元にも適用できるように公式化してみましょう.
半径rのn次元超球の体積はVnr^n,表面積はnVnr^(n-1)となりますから,等周比を無次元化するために,
n次元等周比=表面積^n/体積^(n-1)
と定義すると,
n次元等周比≧n^nVn=n^nπ^(n/2)/Γ(n/2+1)(=Cn)
を得ることができます.等号は超球のときに限ります.
この証明はVn=π^(n/2)/Γ(n/2+1)がn次元単位球の体積であることが理解できれば簡単です.n次元等周比(Cn)において,とくに,n=2のときとn=3のときについては,
C2=4π
C3=36π
すなわち,
L^2≧4πS
S^3≧36πV^2
になることがわかります.
以下,
C4=2^7π^2
C5=8/3*5^4π^2
C6=6^5π^3
・・・・・・・
となりますが,等周比が有理数(整数)×πの形となるのは,2次元・3次元だけのようです.
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