■畳の敷き方数・再考(その4)

 畳あるいはドミノ(1×2の長方形)によるタイル貼りを考える.1辺の長さ2の正方形の畳敷きは2個の畳を水平に置くか垂直に置くかの2通りの敷き方がある.チェス盤(1辺の長さ8)に対しては12988816通りある.統計物理学ではドミノに相当するものが2原子分子(ダイマー模型)であり,ドミノタイル貼りは統計物理学の問題としても一役担っている.畳の敷き方数を数えあげるるにはある行列式(カステレイン行列)の固有値を計算する必要があるという.

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【1】カステレイン行列

 カステレインは今日「カステレイン行列」と呼ばれる行列を導入して,ダイマー模型の分配関数が線形代数適法法で扱えることを示し,正方格子上のダイマー模型に対してその計算を実行した.

 2×n格子に対するカステレイン行列は,3重対角n×n行列

  K=[a,−b,0,・・・・・・・・,0]

    [b,a,−b,0,・・・・・・,0]

    [0,b,a,−b,0,0,・・,0]

    [0,0,b,a,−b,0,・・,0]

    [・・・・・・・・・・・・・・・・・]

    [0,0,・・・・・・,b,a,−b]

    [0,0,・・・・・・,0,b, a]

になる.

 そして,Kの固有ベクトルを直接構成してKを対角化し,その固有値の積として行列式を表すのであって,2n×2mの正方格子の場合,

  K(n,m)=Π(j=1~n)Π(k=1~m){4cos^2(jπ/(2n+1))+4cos^2(kπ/(2m+1))}

となる.

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[雑感]

 1点に4枚の畳の角が集まるのは不安定な畳敷きであって,畳の敷き方から除外したいところである.直観幾何学研究会の参加者(加藤先生や前原先生)に訪ねてみたが,ご存知ないということであった.

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