■高次元図形の理解のために(その5)
n次元単位超球{x1^2+x2^2+・・・+xn^2≦1}の体積をn次元球の体積をVn,表面積をSn-1とします.
Vn=π^(n/2)/Γ(n/2+1)
で与えられますが,V1=2(直径),V2=π(面積),V3=4π/3(体積)はご存知でしょう.
nが整数のとき,実際にVnの値を計算してみると,超球の体積はn=5のとき最大8π^2/15=5.2637・・・となり,以後は減少します.
Vn
1次元 2
2次元 π=3.14
3次元 4π/3=4.19
4次元 π^2/2=4.93
5次元 8π^2/15=5.263
6次元 π^3/6=5.167
7次元 16π^3/105=4.72
(次元を整数に限らなければ5.256次元で最大となり,そのときの体積は5.277・・・である.)
単位超球の表面積Sn-1はnVnとなります(半径rのn次元球の体積はVnr^n,表面積はnVnr^n-1).
S1=2π,S2=4π
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Vn+1=Sn/(n+1)
Sn+1=2πVn
Vn=2πVn-2/n
2π<7より,直観に反してn<7のときVnは最大になることがわかります.
実際はn=5のとき最大になるのですが,n≧5のとき,n次元球を配置して,その凸包の体積を最小にするには,直線状に並べるの最善配置であると予想されています(ソーセージ予想).具体的にはn≧42のとき成り立つことが証明されています.
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