정n면체의 각도에 관하여

친구 블로그에서 재미있는 문제를 발견하여 조금 풀어봤습니다. 문제를 제가 이해한대로 다시 정리하면, n차원 공간 위에 n+1개의 점이 원점을 중심으로 반지름이 1인 초구 위에 놓여 있는데 이 점들은 모두 서로에게서 최대한 멀리 떨어져 있으려고 합니다. 이때 가까운 두 점 사이의 각도 θ는 얼마일까?가 문제입니다. 각 점의 위치로 벡터를 정의하면, 두 점 사이의 각도는 두 벡터 사이의 각도를 뜻합니다.

n=1인 경우 각 점의 위치는 -1과 +1이고 θ는 π겠죠.

n=2인 경우 단위원에 내접하는 정삼각형의 꼭지점들이 답이며, 이때 θ는 2π/3입니다.

n=3인 경우 단위구에 내접하는 정사면체의 꼭지점들이 답이며, 각도는 아래와 같습니다.

\(\theta=\cos^{-1}\left(-\frac{1}{3}\right)\approx 1.91 =109.5^\circ\)