The minimum value of quadratic forms, and the closest packing of spheres. (Q1439352)
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scientific article; zbMATH DE number 2572953
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | The minimum value of quadratic forms, and the closest packing of spheres. |
scientific article; zbMATH DE number 2572953 |
Statements
The minimum value of quadratic forms, and the closest packing of spheres. (English)
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1929
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Verf. geht aus von der Frage nach dem Minimum einer positiv-definiten quadratischen Form mit gegebener Determinante \(D\) in \(n\) Veränderlichen, das bekanntlich \(\le \gamma _nD^{\tfrac{1}{n}}\) mit nur von \(n\) abhängendem \(\gamma_n\) ist. Verf. erhielt als obere Grenze für \(\gamma_n\) den Ausdruck \[ \frac{2}{\pi }\biggl[\varGamma \biggl( 1+\frac{n+2}{2}\biggr)\biggr]^{\tfrac{2}{n}} \] [Bull. Am. Math. Soc. 25, 449--453 (1919; JFM 47.0893.04]. Das genauere Studium von \(\gamma_n\), insbesondere die Frage nach den Formen, für die \(\gamma_n\) den kleinsten möglichen Wert hat, hängt eng mit der Untersuchung der dichtesten Lagerung von Kugeln in einem passend großen Würfel zusammen. Verf. beschäftigt sich insbesondere mit der Untersuchung der Zahl \(\varrho_1\) für die bei beliebiger Lagerung von Kugeln mit gleichem Radius in einem Würfel das Verhältnis \(\varrho_2\) des von den Kugeln eingenommenen Volumens zum Volumen des Würfels kleiner als \(\varrho_1\) ist, so daß \[ \gamma _n<\frac{4}{\pi }\;\biggl[\varrho _1\varGamma \biggl(1+\frac{n}{2}\biggr)\biggr]^{\tfrac{2}{n}} \] gilt. Er erhält durch elementargeometrische Betrachtungen folgende Ergebnisse: Betrachtet man \(k\) Kugeln vom Radius 1 in einem Würfel von der Kantenlänge \(E\), so ist \[ \varrho _1=\frac{n+2}{2^{\tfrac{n+2}{2}}}\biggl(1+\frac{2\sqrt{2}-2}{E}\biggr)^n. \] Man betrachtet nun ,,physikalische'' Kugeln vom Radius \(\sqrt{2}\), deren Massendichte im Abstand \(r\) vom Mittelpunkt im Intervall \(1\le r\le \sqrt{2}\) durch \(2-r^2\), im Intervall \(2-\sqrt{2}\le r\le 1\) durch \((2 - r)^2\), im Intervall \(0\le r\le 2-\sqrt{2}\) durch 2 gegeben sei. Mit \[ K=\frac{\pi ^{\tfrac{n}{2}}}{\varGamma \biggl(1+\dfrac{n}{2}\biggr)} \] und \[ \frac{4kK}{n+2}\biggl\{2^{\tfrac{n}{2}}+\frac{1}{n+1} (2-\sqrt{2})^{n+1}\biggl(\frac{\sqrt{2}}{2}+\frac{1}{n+1}\biggr)\biggr\} =\frac{4kK2^{\tfrac{n}{2}}}{n+2}(1+g) \] ist dann \[ \varrho _1=\frac{n+2}{2^{\tfrac{n+2}{2}}(1+g)} \] und folglich \[ \gamma _n<\frac{2}{\pi }\raise4pt\hbox{\(\Biggl[\)}\frac{\varGamma \biggl( 1+\dfrac{n+2}{2}\biggr)}{1+g}\raise4pt\hbox{\(\Biggr]\)}^{\tfrac{2}{n}}. \] In einer Schlußbemerkung vergleicht Verf. sein Ergebnis numerisch mit der ,,shotpile'' Anordnung von Kreisen, die im ebenen Fall die dichteste Lagerung liefert.
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minimum value of quadratic forms
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closest packing of spheres
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