質問<164>99/8/16
from=坂田
「4次元的な球の体積」


こんにちは。4次元的な球の体積が
π^2/2 × r^4 で与えられるという証明が出来ません。
証明を教えて下さい。
ここでいう体積とは立方のことではなくて
立方のさらに1つ上の単位を指します。
よろしくお願いします。
加えていえば,n次元球の体積と(n+1)次元球の体積
には何か関係式はあるのでしょうか?


お返事99/8/18
from=武田


いろいろな本を探しても(といっても家にある数学の本です
が)、4次元の球の体積について載っている本はなく、あき
らめかけていたとき、質問<163>の訂正で使ったハップ
スの定理を使ってみようと考えつきました。
   V3    _
V4=──・2π・z
   2
つまり、
4次元の球の体積V4は、3次元の球の体積V3の半分と、重心
_
zを原点の回りに一回転(2π)したものの積となるから、
  _
重心zを計算すればよいことになる。
_
z=∫∫∫ z dxdydz /(V3/2)
    D
半径aの4次元の球の体積を求めてみよう。
V4=2π・∫∫∫ z dxdydz
       D
          √(a2-x2-y2)
=2π・∫∫【z2/2】dxdy
     D    0

=π・∫∫(a2-x2-y2)dxdy
    D
            √(a2-x2)
=π・∫【(a2-x2)y-y3/3】dx
   D        -√(a2-x2)
=π・∫4/3・(a2-x2)3/2 dx
   D
      π/2
=4π/3・∫ a4cos4θ dθ
      -π/2
      π/2
=πa4/6・∫(2+4cos2θ+1+cos4θ)dθ
      -π/2
=(πa4/6)・(6π/2)
=(π2/2)・a4……(答)

同様の計算をすると、
5次元の球の体積V5=(32π2/15)・a5
となるが、計算がだんだん面倒くさくなる。

さて、質問の「n次元球の体積と(n+1)次元球の体積に
は何か関係式はあるのでしょうか?」については
                 _
V(n+1)=V(n)/2・2π・G(n)
ぐらいしかわかりません。