■はなまるの幾何学(その12)

 n尖点エピサイクロイドとn尖点ハイポサイクロイドの間の鉢形曲線については

  L=(8(n+1)+8(n−1))/n=16

  S=((n+1)(n+2)−(n−1)(n−2))/nπ=6π

が成り立ちますが,さらに補足します.

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[1]サイクロイド

  x=θ−sinθ

  y=1−cos

の弧長Lは8,面積Sは3πである.θは偏角ではないので

  S=1/2∫{r(θ)}^2dθ

とはならないことに注意されたい.

 直線の両側にサイクロイドを作るとL=16,S=6πなのですが,片側だけですので半分になって,弧長Lは8,面積Sは3πになるというわけです.

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[2]カージオイドではL=16,S=6π

 内側の曲線は動くことができず,弧長Lは0,面積Sも0になるので,外側のカージオイド曲線ではL=16,S=6πとなります.

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[3]ネフロイド

 内側の曲線は円の直径になります.したがって,弧長Lは4,面積Sは0になる.外側のネフロイド曲線では

  面積:(n+1)(n+2)π=12π

  弧長:8(n+1)=24

また,半円

  面積:0

  弧長(直径):4

  L=(24)/2+4=16,S=(12)/2π=6π

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[4]デルトイド

  x=2cosθ+cos2θ

  y=−2sinθ+sin2θ

と3尖点エピサイクロイド

  x=4cosθ−cos4θ

  y=4sinθ−sin4θ

で囲まれる1区間でもL=16,S=6π.

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