■ソーセージ予想(その2)

 ここでは,Snをn次元における半径1の球面と定義しています.

[1]m連のソーセージの表面積は,

  n−1次元球の表面積・2(m−1)+n次元球の表面積=2(m−1)Sn-1+Sn

体積は

  n−1次元球の体積・2(m−1)+n次元球の体積=2(m−1)Vn-1+Vn

で与えられる.

 m=n+1のとき,ソーセージ状配置では

  S=2(m−1)Sn-1+Sn=2nSn-1+Sn

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[2]つぎに,m=n+1個の単位球を単体状に配置します.

 すると,各ファセットには1辺の長さ2のn−1次元単体ができます.その体積は

  2^n-1√n/2^(n-1)/2(n−1)!=2^(n-1)/2√n/(n−1)!

 これが,n+1個できるわけですから,表面積は

  2^(n-1)/2(n+1)√n/(n−1)!+n−1次元球の表面積・n(n+1)/2+n次元球の表面積

=2^(n-1)/2(n+1)√n/(n−1)!+n(n+1)Sn-1/2+Sn

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 もし,n+1個の単体状に配置した球の外接球(内接球)の半径rを求めたいのであれば,c=1/rとして,デカルトの公式より

  (n+1)+c^2=1/n{n+1+c)^2

  n(n+1)+nc^2={n+1+c)^2

=(n+1)^2+2(n+1)c+c^2

  (n−1)c^2−2(n+1)c−(n+1)=0

  c={(n+1)±{(n+1)^2+(n−1)(n+1)}^1/2}/(n−1)

={(n+1)±{2n(n+1)}^1/2}/(n−1)

+:外接球,−:内接球

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[まとめ]

[1]ソーセージ状配置では

  S=2(m−1)Sn-1+Sn=2nSn-1+Sn

[2]単体状配置では

  S=2^(n-1)/2(n+1)√n/(n−1)!+n(n+1)Sn-1/2+Sn

 ただし,Snをn次元における半径1の球面と定義しています.

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