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四面體線段選取


TetrahedronLinePickingDistribution

給定一個單位體積的正四面體,考慮連線在四面體內隨機選取的點對的線段長度。長度的分佈如上圖所示,平均線段長度可以用閉合形式給出,如下所示:

l^__(V=1)=3^(1/3)((sqrt(2))/7-(37pi)/(315)+4/(15)tan^(-1)(sqrt(2))+(113ln3)/(210sqrt(2)))
(1)
=0.7294624...
(2)

(OEIS A366019; Beck 2023)。

這個優美的結果取代了 E. Weisstein 於 2005 年 2 月使用準蒙特卡洛數值積分估計的近似值 l^__(V=1)=0.7308+/-0.0002。(事實上,使用最大誤差增量為 10^5 的全域性自適應方法的數值積分給出了更精確的估計值 0.729462。)

要獲得單位邊長的正四面體(而不是單位體積)的平均線段長度,求解 Va^3=1(其中 V 是以邊長表示的四面體體積)關於 a 的方程,得到 a=sqrt(2)3^(1/3),並取 l^__(V=1)/a,得到:

l^__(a=1)=1/7-(37pi)/(315sqrt(2))+(2sqrt(2))/(15)tan^(-1)(sqrt(2))+(113ln3)/(420)
(3)
=0.3576411....
(4)

此值在 Wolfram 語言中實現為:PolyhedronData["Tetrahedron", "MeanInteriorLineSegmentLength"].


另請參閱

平均線段長度, 正四面體, 四面體-四面體選取, 四面體-三角形選取

使用 探索

參考文獻

Beck, D. "Mean Distance in Polyhedra." 2023 年 9 月 22 日。 https://arxiv.org/abs/2309.13177.Sloane, N. J. A. 序列 A366019,收錄於“整數序列線上百科全書”。

在 中被引用

四面體線段選取

引用為

Weisstein, Eric W. “四面體線段選取”。來自 —— 資源。 https://mathworld.tw/TetrahedronLinePicking.html

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