入れ子

  • 原点Oを中心としたk次元の単位球Aがある
    • \sum_{i=1}^k x_i^2=1
  • Aの表面の1点P=(p_1,p_2,...,p_k)=(1,0,0,...,0)
  • Aの表面の任意の点Q=(q_1,q_2,...,q_k)とを考える
  • 今、OQ上に点Q'をとり、OQ'の長さをcos \theta、ただし、\thetaは角POQとする
    • ベクトルの内積からcos \theta=\sum_{i=1}^k p_i q_i = q_1であるので
    • Q'=(q'i= cos \theta \times q_i=q_1 \times q_i)
  • Q'がどのような図形になるかを考える
    • P=Qのとき、Q'=Q=P
    • Qが\theta=\frac{\pi}{2}となるようなとき、Q'=O
    • OPの中点をP'とすると、P'=(p'_i=\frac{p_i}{2})=(\frac{1}{2},0,0,...,0)
    • P'Q'の距離は\sqrt{\sum_{i=1}^k (q_i'-p_i')^2}=\sqrt{(q_1 q_1-\frac{1}{2})^2+\sum_{i=2}^k (q_1 q_i)^2}
    • 整理して、\sqrt{q_1^2\sum_{i=1}^k q_i^2 -q_1^2 + \frac{1}{4}}=\frac{1}{2}
  • つまり、P'を中心とする半径\frac{1}{2}の多次元球(で、それは原点とPとを通る)。