Объемы многогранников в неевклидовых пространствах постоянной кривизны

Вычисление объемов многогранников является классической задачей геометрии, известной со времен античной математики и не потерявшей актуальность в настоящее время. Проблема получения формул объемов трехмерных неевклидовых многогранников заданного комбинаторного типа весьма сложна. В настоящее время она полностью решена для самого простого с комбинаторной точки зрения многогранника - тетраэдра. Однако известно, что в случае многогранника специального вида формула для его объема заметно упрощается. Этот факт заметил еще Н. И. Лобачевский, который нашел объем так называемого идеального тетраэдра в гиперболическом пространстве (все вершины данного тетраэдра находятся на абсолюте). В настоящем обзоре будут представлены основные результаты об объемах произвольных неевклидовых тетраэдров, а также многогранников специального вида (как тетраэдров, так и многогранников, имеющих более сложное комбинаторное строение) в трехмерном сферическом и гиперболическом пространствах постоянной кривизны K = 1 и K = -1 соответственно. Кроме того, мы изложим новый метод И. Х. Сабитова вычисления объемов тел в гиперболическом пространстве (заданном моделью Пуанкаре в верхнем полупространстве), который позволяет получать явные формулы для объемов многогранников произвольной размерности через координаты вершин. При этом, наряду с обзором основных формул для объемов неевклидовых многогранников, мы будем приводить доказательства (или наброски доказательств) данных формул. Это поможет сформировать у читателя представление об основных методах вычисления объемов тел в неевклидовых пространствах постоянной кривизны.

Computation of the volumes of polyhedra is a classical geometry problem known since ancient mathematics and preserving its importance until present time. Deriving volume formulas for 3-dimensional non-Euclidean polyhedra of a given combinatorial type is a very difficult problem. Nowadays, it is fully solved for a tetrahedron, the most simple polyhedron in the combinatorial sense. However, it is well known that for a polyhedron of a special type its volume formula becomes much simpler. This fact was noted by Lobachevsky who found the volume of the so-called ideal tetrahedron in hyperbolic space (all vertices of this tetrahedron are on the absolute).In this survey, we present main results on volumes of arbitrary non-Euclidean tetrahedra and polyhedra of special types (both tetrahedra and polyhedra of more complex combinatorial structure) in 3-dimensional spherical and hyperbolic spaces of constant curvature K = 1 and K = -1, respectively. Moreover, we consider the new method by Sabitov for computation of volumes in hyperbolic space (described by the Poincare´ model in upper half-space). This method allows one to derive explicit volume formulas for polyhedra of arbitrary dimension in terms of coordinates of vertices. Considering main volume formulas for non-Euclidean polyhedra, we will give proofs (or sketches of proofs) for them. This will help the reader to get an idea of basic methods for computation of volumes of bodies in non-Euclidean spaces of constant curvature.