■サマーヴィルの等面四面体(その450)
ここでは
|2 1 ・・ 1| |2 1 ・・ 0|
|1 2 ・・ 1| |1 2 ・・ 0|
|1 1 ・・・1|=|0 1 ・・ 0|=1+n
|1 1 ・・ 1| |0 0 ・・ 1|
|1 1 ・・ 2| |0 0 ・・ 2|
を示してみよう.
なぜ,このようなことをするのかというと,例えば,3次元の平行六面体の体積は
V^2=|a↑・a↑ a↑・b↑ a↑・c↑|
|b↑・a↑ b↑・b↑ b↑・c↑|
|c↑・a↑ c↑・b↑ c↑・c↑|
で与えられ,点の配置が立方格子の格子線の交角を60°になるようにゆがめたとき,グラミアンは
|d^2 d^2/2 d^2/2| |2 1 1|
G=|d^2/2 d^2 d^2/2|=(d^2/2)^3|1 2 1|
|d^2/2 d^2/2 d^2| |1 1 2|
として得ることができるというのがその理由である.
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3次の行列式であれば,行列式を展開して
|2 1 1| |2 1 0|
|1 2 1|=4,|1 2 1|=4
|1 1 2| |0 1 2|
であることを確認することができる.しかし,直接
|2 1 1|
|1 2 1|
|1 1 2|
を
|2 1 0|
|1 2 1|
|0 1 2|
に変形することは難しいだろう.
|2 1 ・・ 0|
|1 2 ・・ 0|
|0 1 ・・ 0|=1+n
|0 0 ・・ 1|
|0 0 ・・ 2|
は既に証明済みであるから,
|2 1 ・・ 1|
|1 2 ・・ 1|
|1 1 ・・・1|=1+n
|1 1 ・・ 1|
|1 1 ・・ 2|
を示すことによって,両辺が一致することを確認してみよう.それでも立派な証明だろう.
まず,第1行を他の行から引いて
|2 1 ・・ 1| |2 1 ・・ 1|
|1 2 ・・ 1| |−1 1 ・・ 0|
|1 1 ・・ 1|=|−1 0 ・・ 0|
|1 1 ・・ 1| |−1 0 ・・ 0|
|1 1 ・・ 2| |−1 0 ・・ 1|
さらに第2列〜第n列を第1列に加えれば
|2 1 ・・ 1| |1+n 1 ・・ 1|
|−1 1 ・・ 1|=| 0 1 ・・ 0|
|−1 0 ・・ 0|=| 0 0 ・・ 0|
|−1 0 ・・ 1| | 0 0 ・・ 0|
|−1 0 ・・ 2| | 0 0 ・・ 1|
のように上三角行列式となる.
三角行列の行列式の値は対角要素の積になるから,
|2 1 ・・ 1|
|1 2 ・・ 1|
|1 1 ・・ 1|=1+n
|1 1 ・・ 1|
|1 1 ・・ 2|
となることが証明されたことになる.
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