■和算にまなぶ(その20)

 楕円:x^2/a^2+y^2/b^2=1  (a>b)において,

[1]点(a,0)で内接する円の半径r

[2]点(0,b)で外接する円の半径Rを求めよ.

  [参]土倉保「算法助術」朝倉書店

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 曲率円の問題であるが,曲率の公式を知らなくても求めることができる.

[2]の場合だけであるが,

  楕円:b^2x^2+a^2y^2=a^2b^2

  円:x^2+(y+R−b)^2=R^2

が接するためには,判別式=0とおいて,

  b^2R^2−2a^2bR+xa^4=0→R=a^2/b

[1]r=b^2/aとなる.

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 一般に,長軸上に中心をもつ内接円の中心と半径との関係は

  楕円:b^2x^2+a^2y^2=a^2b^2

  円:(x−c)^2+y^2=r^2

 判別式=0より,

  c^2=(a^2−b^2)(b^2−r^2)/b^2

となる.c=0のときr=bとなるが,これは曲率円ではない.

  r=b^2/aのとき,

  c^2=(a^2−b^2)(1−b^2/a^2)=(a^2−b^2)^2/a^2

  c=(a^2−b^2)/a

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  楕円:x^2/a^2+y^2/b^2=1

  円:x^2+y^2=b^2

の間に,点(a,0)で曲率円が内接しているとき,

  a=b+2b^2/aとなる.

が成り立つ.

  a^2−ab−2b^2=0

x=a/bとおくと,

  x^2−x−2=0→x=2

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