Volume d'une sphère intersectée dans un cube
Bonjour à tous les géomètres,
Je prends un segment $[x,y]$ quelconque dans l'hypercube $[0,1]^n$ ? Je considère $B_{[x,y]} = \left\{z \in \R^n \mid \Vert z - \dfrac{x+y}{2}\left\Vert_2 \leq \right\Vert \dfrac{x-y}{2}\Vert_2\right\}$ l'hypersphère pleine (l'hyperboule) de diamètre $[x,y]$ et je note $V=\lambda(B_{[x,y]})$ son volume.
J'ai envie de dire que le volume de $B_{[x,y]} \cap [0,1]^n$ est supérieur ou égal à $\dfrac{V}{2^{n-1}}$.
Est-ce vrai ? Le cas échéant, vous avez une démonstration simple et rigoureuse ?
Merci d'avance
Je prends un segment $[x,y]$ quelconque dans l'hypercube $[0,1]^n$ ? Je considère $B_{[x,y]} = \left\{z \in \R^n \mid \Vert z - \dfrac{x+y}{2}\left\Vert_2 \leq \right\Vert \dfrac{x-y}{2}\Vert_2\right\}$ l'hypersphère pleine (l'hyperboule) de diamètre $[x,y]$ et je note $V=\lambda(B_{[x,y]})$ son volume.
J'ai envie de dire que le volume de $B_{[x,y]} \cap [0,1]^n$ est supérieur ou égal à $\dfrac{V}{2^{n-1}}$.
Est-ce vrai ? Le cas échéant, vous avez une démonstration simple et rigoureuse ?
Merci d'avance
Réponses
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Mon problème n'attire pas les foules :-)
On peut l'affaiblir, j'aimerais montrer au moins qu'il existe une constante $c_n >0$ qui ne dépend que de la dimension et tel que pour tous $x,y \in [0,1]^n$, on a $$\lambda(B_{[x,y]} \cap [0,1]^n) \geq c_n \Vert x-y\Vert_2^n\,.$$
Bien sûr la conjecture de la question initiale implique immédiatement cela. -
Un premier et dernier up sur ce problème de géométrie / analyse.
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Que se passe-t-il pour une boule dont le diamètre est une grande diagonale de l'hypercube ? L'hypercube est alors entièrement contenu dans la boule, ce qui doit simplifier le calcul.
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Merci de ton aide GBZM.
Dans ce cas le volume de l'intersection vaut bien sûr $1$. Pour voir si cela fournit un contre-exemple au premier énoncé il faudrait comparer le ratio entre la fonction $V(n) = \dfrac{(\sqrt{\pi n})^n}{\Gamma(n/2 +1)2^n}$ et $2^{n-1}$. En tout cas en dimension $n=2$ on doit comparer $\pi/2$ avec $2$ et $\pi/4 < 1$ donc il n'y a pas de souci.
Il nous faut vérifier si $\dfrac{2(\sqrt{\pi n})^n}{\Gamma(n/2 +1)4^n}$ est bien plus petit que $1$. Je ne connais pas trop les relations asymptotiques sur $\Gamma$, mais a priori ça se comporte comme $(n/2)!$ c'est-à-dire comme $n^n$. Et le numérateur varie plutôt comme $\sqrt{n}^n$. Donc asymptotiquement on a le ratio qui devrait tendre vers $0$, ce qui semble compatible avec mon premier énoncé.
Et dans tous les cas la deuxième question reste entière, est-ce qu'on a bien $c_n = \inf \left\{\dfrac{\lambda(B_{[x,y]} \cap [0,1]^n)}{ \Vert x-y\Vert_2^n} \mid x,y \in [0,1]^n, x\neq y\right\} > 0$ ?
Le cas de la grande diagonale nous indique juste que $c_n \leq \dfrac{1}{\sqrt{n}^n}$.
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Bonjour!
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