■準正多面体の組み合わせ論(その7)

 正軸体系の(1,・・・,1,0)は単純多面体で,その座標は,

  (0,±1,±2,・・・,±n-1)

の置換2^n-1・n!個であることがわかる.たとえば,n=4の場合,

  (0,±1,±2,,±3)→192個

 単純多面体であるから,辺数はn/2・2^n-1・n!,ファセット数は3^n-1-2^(n-1)nと準正多面体である.

[Q]これ以外に整数多面体となる準多面体は存在するだろうか?

 正軸体系では立方体・正軸体以外の整数多面体を構成したので,正単体系の整数多面体が存在するかどうか,調べてみよう.

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【1】置換多面体の切頂・切稜点(その1)

  P0(0,・・・,0)

  P1(a1,0,・・・,0)

  P2(a1,a2,0,・・・,0)

  ・・・・・・・・・・・・・

  Pn(a1,・・・,an)

  aj=√(1/2j(j+1))

  xj/aj=yj,y0=1,yn=0(xn=0)

とおく.

  1/aj-1^2+1/aj^2=2(j-1)j+2j(j+1)=(2j)^2

より

  (yj-1-yj)/(1/aj-1^2+1/aj^2)^1/2=(yj-yj+1)/(1/aj^2+1/aj+1^2)^1/2

  (yj-1-yj)/2j=(yj-yj+1)/2(j+1)

となる.

 点Q(x1,x2,・・・,xn-1,0)から,

  x1=a1平面

  x1/a1-x2/a2=0平面

  ・・・・・・・・・・・・・・・

  xn-2/an-2-xn-1/an-1=0平面

までの距離が等しいことより,

  (y0-y1)=(y1-y2)/2=(y2-y3)/3=・・・=(yn-2-yn-1)/(n-1)=(yn-1-yn)/n

  2(y0-y1)=(y1-y2)

  3(y1-y2)=2(y2-y3)

  4(y2-y3)=3(y3-y4)

  ・・・・・・・・・・・・・・・

  (n-1)(yn-3-yn-2)=(n-2)(yn-2-yn-1)

  n(yn-2-yn-1)=(n-1)(yn-1-yn)

 第x行まで足しあわせて整理すると

  2(y0-yn-1)=(n-1)(yn-1-yn)→yn-1=(2y0+(n-1)yn)/(n+1)

  2(y0-yn-2)=(n-2)(yn-2-yn-1)→yn-2=(2y0+(n-2)yn-1)/n

  ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

  2(y0-y2)=2(y2-y3)→y2=(2y0+2y3)/4

  2(y0-y1)=(y1-y2)→y1=(2y0+y2)/3

 具体的には

  yn-1=2/(n+1)

  yn-2=(2+2(n-2)/(n+1))/n=2(2n-1)/n(n+1)

  yn-3=2(1+(n-3)(2n-1)/n(n+1))/(n-1)=2(2n-1)/n(n+1)=6(n-1)/n(n+1)

となるが,

  yj=(2+jyj+1)/(j+2)

のままにしておく.

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【2】置換多面体の切頂・切稜点(その2)

 とはいっても,このままでは難しいので,反転公式を作ると,

  (j+2)yj=2+jyj+1

  (j+2)yj-2=jyj+1

  yj+1=((j+2)yj-2)/j

しかし,これはj=0には対応していない.

 そこで,

  (y0-y1)=(y1-y2)/2=(y2-y3)/3=・・・=(yn-2-yn-1)/(n-1)=(yn-1-yn)/n=2/n(n+1)

を用いると

  1-y1=2/n(n+1)

  y1-y2=2・2/n(n+1)

  y2-y3=2・3/n(n+1)

  yn-2-yn-1=2・(n-1)/n(n+1)

  yn-1-yn=2・n/n(n+1)=2/(n+1)

が得られる.

 これは,

  yn-2=(2+2(n-2)/(n+1))/n=2(2n-1)/n(n+1)

  yn-3=2(1+(n-3)(2n-1)/n(n+1))/(n-1)=2(2n-1)/n(n+1)=6(n-1)/n(n+1)

も満たしているはずである.

  yn-2-yn-1=2(2n-1)/n(n+1)-2/(n+1)=2(n-1)/n(n+1)

  yn-3-yn-2=6(n-1)/n(n+1)=2(2n-1)/n(n+1)=2(n-2)/n(n+1)

 さらに,これらをxx行まで足しあわせると,

  1-y1=2(1)/n(n+1)

  1-y2=2(1+2)/n(n+1)

  1-y3=2(1+2+3)/n(n+1)

  1-yn=2(1+2+3+・・・+n)/n(n+1)=1

  y1=1-1・2/n(n+1)

  y2=1-2・3/n(n+1)

  y3=1-3・4/n(n+1)

  yn=1-n(n+1)/n(n+1)=0

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