■初等幾何の楽しみ(その110)

  z=ti(z2−z1)/2+(z1+z2)/2

  z=si(z4−z3)/2+(z3+z4)/2

  c0=(z1+z2)/2+i(z2−z1)t0/2

  c0=(z3+z4)/2+i(z4−z3)s0/2

となるt0,s0が求められればよい.

  z1−c0=(z1−z2)/2−i(z2−z1)t0/2

  z2−c0=−(z1−z2)/2−i(z2−z1)t0/2

  z3−c0=(2z3−z1−z2)/2−i(z2−z1)t0/2

  z4−c0=(2z4−z1−z2)/2−i(z2−z1)t0/2

  z1−c0=(2z1−z3−z4)/2−i(z4−z3)s0/2

  z2−c0=(2z2−z3−z4)/2−i(z4−z3)s0/2

  z3−c0=(z3−z4)/2−i(z4−z3)s0/2

  z4−c0=−(z3−z4)/2−i(z4−z3)s0/2

  |z1−c0|^2=|z2−c0|^2=|(z1−z2)/2|^2+|(z2−z1)t0/2|^2=(1+t0^2)/4|z1−z2|^2=r0^2

  |z3−c0|^2=|z4−c0|^2=|(z3−z4)/2|^2+|(z4−z3)s0/2|^2=(1+s0^2)/4|z3−z4|^2=r0^2

 このように計算を進めていくことが考えられるが,今回のコラムでは反転法について再考してみたい.一般に,元の円の中心は反転円の中心ではないが,元の円の周上の点は反転円の周上に写されるので,接点はそのまま接点となる.その際,角は保たれることを利用できないものだろうか?

===================================

【1】閉包条件

 シュタイナーの定理において,1周して鎖が閉じるための条件は,n個の円で1周するならば,((R+r)/2,0)を中心とした半径(R−r)/2の円が描けることから,

  (R+r)/2:(R+r)/2=1:sin(π/n)

  R=r(1+sin(π/n))/(1−sin(π/n))

で与えられる.

 このとき,接点は

  ((R+r)/2)^2=((R−r)/2)^2+t^2

  t=√Rr

より,原点を中心とする半径tの円上にあることがわかる.

 こうして,すべての円の接点は,

  (Rcos(2jπ/n+α),Rsin(2πj/n+α))

  (rcos(2jπ/n+α),rsin(2πj/n+α))

  (tcos(2jπ/n±π/n+α),tsin(2πj/n±π/n+α))

===================================