■数とあそぶ(その21)

 ラマヌジャンによるものとしては

  (9^2+19^2/22)^1/4=π

  63(17+15√5)/25(7+15√5)=π

などがある.

 前者は連分数のようにも見えるが,

  π^4=[97:2,2,3,1,16539,・・・]

  π^4〜97+9/22=9^2+19^2/22

となって,それが裏付けられる.

  2π√2=99^2/1103

も連分数によるものである可能性が高いが,何らかの幾何学的な考察によっているようにも見える.

 もし幾何学的なものならば,ファウルハーバーの定理だろうか?

 各辺(a,b,c)と空間対角線dの直方体では

  a^2+b^2+c^2=d^2

が成り立つが,ファウルハーバーは直角三角形の辺の長さの2乗を,直角三角錐の面の面積の2乗に拡張した.ピタゴラスの定理の3次元版である.

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【1】ファウルハーバーの定理(四平方の定理)

 辺(p,q,r)が1点において直交する四面体において,3つの面の面積をa,b,c,斜面の面積をdとすると

  (△ABC)^2=(△OAB)^2+(△OBC)^2+(△OCA)

  a^2+b^2+c^2=d^2

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【2】ファウルハーバーの定理の証明

 斜面の方程式は

  x/p+y/q+z/r=1

したがって,原点(0,0,0)から斜面までの距離は

  1/(1/p^2+1/q^2+1/r^2)^1/2

 四面体の体積をVとすると

  3V=d/(1/p^2+1/q^2+1/r^2)^1/2=ap=bq=cr=pqr

d^2=(pqr)^2・(1/p^2+1/q^2+1/r^2)

=(qr)^2+(rp)^2+)pq)^2

=a^2+b^2+c^2

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【3】ファウルハーバーの定理の空間内の任意の平面図形への一般化

 Sの正射影の面積をそれぞれSx,Sy,Szとすると

  Sx^2+Sy^2+Sz^2=S^2

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【4】ファウルハーバーの定理の任意の次元nへの一般化

 n+1個のファセットをもつn次元直角錐体において,n個のファセットのn−1次元体積の2乗和は,斜ファセットの体積の2乗に等しい.

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