■媒介変数と陰関数の描画(その4)

 レムニスケート(x^2+y^2)^2=a^2(x^2−y^2)の表わし方として

  x^2+y^2=a^2cos^2φ,x^2−y^2=a^2cos^4φ

を用いれば,

  x^2=a^2cos^2φ(1−sin^2φ/2)

  y^2=a^2cos^2φsin^2φ/2

 ここで,(ds)^2=(dx)^2+(dy)^2を計算すれば,k=1/√2の第1種楕円積分

  ds=a/√2・dφ/(1−sin^2φ/2)=a/√2F(1/√2,φ)

を得ることができる.したがって,レムニスケートの全長は

  s=4a/√2K(1/√2)

 また,セレー(微分幾何のフレネー・セレーの公式で有名)にしたがって

  x=a(z+z^3)/(1+z^4),y=a(z−z^3)/(1+z^4)とパラメトライズした場合,

  x^2+y^2=2a^2z^2/(1+z^4)

  x^2−y^2=4a^2z^4/(1+z^4)^2

  (ds)^2=(dx)^2+(dy)^2=2a^2dz/(1+z^4)

より,

  ∫(z,1)dz/(1+z^4)^1/2=1/2F(1/√2,φ)

 ガウスは

  x^2=1/2(z^2+z^4),y^2=1/2(z^2−z^4)

  ds=(dx^2+dy^2)^1/2=dz/(1−z^4)^1/2

より,レムニケートの弧長を

  ∫dz/(1−z^4)^1/2

で表したが,このように∫dz/(1+z^4)^1/2によっても表すことができて,

  1/√2F(1/√2,φ)

 =∫(c,1)dz/(1−z^4)^1/2=√2∫(z,1)dz/(1+z^4)^1/2

なる関係を得ることができる.ここで,

  c=cosφ=√2z/(1+z^4)^1/2

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