■求積の多様性を考える(その27)

 アルキメデスの正n反柱の高さの値Hの求め方は(その25)にありますが,1辺の長さが1であるとき,

  H={1−1/(2cosπ/2n)^2}^(1/2)

また,正n角形面と正三角形面の二面角は

  arccos(2H/√3)+π/2

で与えられます.

     n     高さ    二面角

     3    .816497   109.471

     4    .840896   103.836

     5    .850651   100.812

     6    .8556    98.8994

     7    .858473   97.5722

     8    .860296   96.5946

     9    .861526   95.843

     10    .862397   95.2466

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[Q]アルキメデスの正n反柱をz軸の周りに回転させて得られる立体の体積を求めよ.

[A]ねじれの位置にある直線を回転させると回転双曲面となる(その26).

 側面の正三角形面の辺PQ上に点Tをとり,

  OP・OQ=r^2cosπ/n

  OT=tOQ+(1−t)Oお

  OT^2=t^2OQ^2+2t(1−t)OP・OQ+(1−t)^2OP^2

  OP^2=r^2,OQ^2=r^2

より,

  OT^2=r^2{t^2+2t(1−t)cosπ/n+(1−t)^2)

=r^2(2(t^2−t)(1−cosπ/n)+1)

  V=πH∫(0,1)OT^2dt

=πHr^2{2(1/3−1/2)(1−cosπ/n)+1}

=πHr^2{2+cosπ/n))/3

  H={1−1/(2cosπ/2n)^2}^(1/2)

  r=1/{2sin(π/n)}

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