（その３）では，多面体に対する等周問題と取り上げましたが，（その４）では球面上にｎ個の点があるときの球面上の点配置のミニマックス問題，マックスミニ問題を取り上げることにします．

　さらに，２点の距離の逆数の合計を最小にする問題，平均距離を最大にする問題，距離の２乗の合計を最大にする問題を考えることもできるでしょう．

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【１】球面上の点配置

　球面上の有限個の点の集合で，よい性質をもつものは？　というきわめて漠然，曖昧模糊とした問題を考えると，これはある意味で，球によって最もよく近似できるｎ頂点あるいはｎ面の多面体を求める問題であり，球面に内接する正多面体の頂点のつくる集合は，いろいろな意味でその例といえるでしょう．

　さらに，凸な一様多面体（面が正則，頂点が等価）であるプラトン立体，アルキメデス立体，半正則プリズム，反プリズムなどがよい性質をもつ多面体の例となり得るでしょうし，一様な多面体の他に，すべての面が正多角形である凸多面体（ザルガラー多面体）が正多面体，準正多面体を除くと９２種類存在することもわかっています．角錐，角柱，重角錐，重角錐台，ねじれ角錐台，ねじれ重角錐台，・・・

　ところで，正多面体の頂点は外接球上に分布していますが，どの２点の最短距離もできるだけ大きくなるような点の分布をなしているとは限りません．たとえば，６個あるいは１２個の点の分布はそれぞれ正八面体と正２０面体になりますが，８個の点については立方体にはならないからです．

　さらに，正則な配置問題だけでなく，任意の不規則な配置も考慮に入れられるのですが，たとえば，７個の点の球面最小距離を最大にするミニマックス問題，マックスミニ問題となるとどうしてよいのやらわかりません．

　そこでまず球面上にｎ個の点を配置して，点間の最小球面距離が最大になるようにするとき，最短距離の上限が，面積２π／（ｎ−２）の球面正三角形の１辺の長さδn以下となることを証明しましょう．

（証明）

　ガウス曲率は，

　　Ｋ＝１／Ｒ1Ｒ2

で定義されますが，球面三角形ＡＢＣにこのことをあてはめると，三角形の頂点の角度をα，β，γとおいて，

　　Ｓ＝∫∫ＫｄＡ＝α＋β＋γ−π　　　（ガウス・ボンネの定理）

（球面凸ｎ角形に対しては，Ｓ＝α1＋α2＋・・・＋αn−（ｎ−２）π）

　したがって，球面正三角形の１つの内角をαとすると，その面積は

　　△＝３α−π

３α−π＝２π／（ｎ−２）より，α＝ｎπ／（３ｎ−６）

　ここで，球面余弦定理により，

　　ｃｏｓδn＝ｃｏｓα／（１−ｃｏｓα）

　　δn＝ａｒｃｃｏｓ｛ｃｏｓα／（１−ｃｏｓα）｝

　ωn＝α／２＝ｎ／（ｎ−２）・π／６　　　ｎ≧３

すなわち，２ωnは面積が６ωn−πの球面正三角形△nの１つの内角を表しているのですが，以上より，

ａ）単位球面上のｎ個の点の中から，距離が

　　ｄ≦√（４−ｃｏｓｅｃ^2（ωn））

を満たす２点をつねに取り出すことができる．

ｂ）この２点の球面距離に関しては

　　δn≦ａｒｃｃｏｓ｛（ｃｏｔ^2（ωn）−１）／２｝

が成り立つ．

　右辺は面積が２π／（ｎ−２）の球面正三角形の１辺の長さδnにほかなりません．これよりｄ≦δですが，ｎ＝３，４，６，１２に対しては等号が成り立ち，正確な値を与えてくれます．

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【２】球面上の点配置のミニマックス問題

　このことを使うと，ミニマックス問題の解は，ｎ＝４，６，１２の場合には，それぞれ正４面体，正８面体，正２０面体の頂点に一致するような配置が導かれます．ｎ＝８の解は，単位球に内接し８個の頂点をもつ反プリズム（２個の正方形と８個の正三角形からなる），ｎ＝２４では，アルキメデスの多面体（３，３，３，３，４）の頂点，ｎ＝２０は未解決のまま残っています．

　ｎ≦１２とｎ＝２４のときだけ正確な答えが知られているというわけです．（ｎ＝３，４，６，１２はトート，ｎ＝５，７，８，９はシュッテとファン・デル・ヴェルデン，ｎ＝１０，１１はDanzer, Hars, Boeroeczky，ｎ＝２４はロビンソンによって解かれた．ｎ＝５は正八面体の６頂点から１点を除いた５点，ｎ＝１１は正二十面体の１２頂点から１点を除いた１１点．）

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【３】球面上の点配置のマックスミニ問題

　一方，マックスミニ問題の解は，ｎ＝６のとき，正則な二重ピラミッドの頂点，ｎ＝１２のとき，反プリズム的二重ピラミッドの頂点であることが導かれています．二重ピラミッドとは，プリズムあるいは反プリズムの底面および上面にそれぞれひとつずつピラミッドをおくときにできる立体です．

　ｎ≦７とｎ＝１０，１２，１４のときだけ正確な配置が知られています．

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