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[円周角の定理の次元拡張]
円周角の定理の次元拡張を行います。
定理1(円周角の定理の三次元版)
三次元において、固定された円Cと頂点Pとする可動な直円錐(RC: Rectangular Cone)があり、
直円錐の稜線の2線が円Cの直径の両端に接する時の頂点Pの軌跡は球面である。
系上において、直円錐の頂角は円Cと上の球面の中心とでできる直円錐の頂角(中心角)の半分である。
証明は省略しますが、証明のポイントとなるのは、上の接した状態での直円錐と円Cの平面とが交わる曲線は
楕円でありその長径は円Cの直径に一致しております。
(参考までに、楕円は 円Cの内部に含まれます)従って、直径と直円錐の長径と頂点が含まれる平面では考えれば、
二次元としての円周角の定理が成り立ちますから、上のことが証明されます。
さて、定理1が示されれば、私の夢である多次元への拡張作業が始まります。
次は、鈴木の単純作業による多次元への拡張です。
(一部、怪しいところがある?確証しなければ。。。)
定理2(円周角の定理の多次元版)
n次元空間(X、Y、Z、W、・・・)における球は次式で示されます。
X**2+Y**2+Z**2+W**2+・・・=R**2
同様に、n次元空間における直円錐を次のように定義します。
頂点Pを(Xp、Yp、Zp、Wp、・・・) 多次元の球の任意の点QとしQは上の球の方程式を満足する点とするとき、
直円錐の稜線 は点Pと球面の点Qを結んだものとし、
この稜線の集合体をn次元空間の直円錐とする。
この多次元の直円錐は三次元の直円錐の自然な拡張です。
また、定理1で対象とする固定円Cの多次元版はn-1次元の球面とする固定円であるとすれば良いのは
直感的にわかります。
これらの条件で、多次元の球面と固定球(正確にはこれも球面ですが次元が一つ低い)と
直円錐の関係で定理1に示すように直円錐の稜線と固定球の直径(直径は固定球の任意の2点の距離が
最大となる二点の組)が接する状況で、定理1と同様に定理が成り立つ。。。と想像します。
さてさて、この辺が怪しいかな?でも、ポイントは、
①多次元であろうと、定理1で示しているように結局は2次元にReduceして円周角の定理に結びつのだろう
という直感 ②これが証明の夢(次元を超えた真理だから、仕方が無いよぉ!)、素人数学家の愚かな直感かもなぁ。。。
③これを示すのには、また、時間が必要かな?
雑談:
道はさらにそれますが、次元を超えるということから発展して次のことを考えました。
1次元の円はどうなるか? 考えることができるのでしょうか?
鈴木なりの答えを次回提示します。答えは、駄洒落みたいですが。
ところで、正解が、一つしかないというのが数学だと思っていませんか?
だから数学が好きだ何て言う人がいると聞いております。私の自論ですが、
違うと思います。数学はGedanken Experimentであるから、仮定(仮説)の立て方で答え
(数学的論理展開といったほうが正しいで しょう)は幾通りにもあるというのが私の自論です。
ですから、仮説の立て方が問題となり、ここには哲学(思い込みと言っていい?)が必要。
誰でも認める仮説が数学では原理といっているのですよね。
注意:中学の算数、高校の数学(学問には至らないが)の議論ではありませんので、ご注意をお願いします。
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つづく・・・
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