因みに、半径をrとした時
2次元=円 の時、V=π*(r^2), S=2*π*r
3次元=球 の時 V=4/3*π*(r^3),S=4*π*(r^2)と言う事で。
(累乗の表現は自由とします r*rでも r**2でもr^2でも)
***必ずしも正解を求めている質問ではありません。・・・遊び感覚でどうぞ!
「考えてください」とのことだったので、求める方法までは考えてみたものの算出はできませんでした。
その方法だけご説明します。
超球は、次元軸のうちひとつに平行な超面でスライスしていけば、その次元における超円を重ねたものになります。
(=球は、z軸に平行な面でスライスしていけば、円を重ねたものになります)
そこで、超球の体積は超円の面積を積分したものといえます。
3次元で(球と円で)検証してみましょう。
V(r) = 2∫[0,r] π(√r^2-x^2)^2 dx
= 2∫[0,r] π(r^2-x^2) dx
= 4π/3・r^3
ちゃんと出ました。
さて、n次元の超円はn-1次元の超球であり、n次元の超円の面積はn-1次元の超球の体積と言えます(問題の定義からこう解釈してしまっていいのでしょう、きっと)。
すると、n次元の超球の体積をV_n(r)と書くなら
V_n(r) = ∫[0,r] V_n-1(√r^2-x^2) dx
と漸化式が書けます。
さて、この漸化式を使って4次元超球から順に求めていこうとすると、
V_4(r) = 2∫[0,r] V_3(√r^2-x^2) dx
= 2∫[0,r] 4π/3(√r^2-x^2)^3 dx
あ、積分記号の中にルートが残ったままになってしまった……
教養課程以来微積なんてやってない僕には、もうこの式を積分する力は残っていません……
ちなみに、S_n(r) を求めるのは V_n(r)をrで積分するだけです。
ありがとうございます。かなり程度の高い答えになっていますね。微積分の考えがでてきて。最後(終了後)に解答をコメントで出すつもりですが、馬鹿にするなと怒らないでください。(大体、超球なんて言い方・イメージが分りにくいのかもしれませんが)
問題は円の面積(πr^2)・周長(2πr)と球の体積(4/3πr^3)・表面積(4πr^2)を習った生徒(おそらく中学生)が4次元、5次元の(超)球の体積や表面積(と言っても既に長さの3乗や2乗ではないけれど)を2次・3次からどのように思考を拡張して正確な答えにたどり着くか、と言う事です。4次・5次は問題、6次・7次は本当に理解できているかのチェックです。・・・・・・計算自体は中学生でもできます。