■和算にまなぶ(その32)

 中川宏さんに教えてもらった(その30)の問題は

  abc=8xyz

という非常にきれいな結果が目を惹くものであった.自分なりに解いてみたい.

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

 三角形の外接球,内接球の半径をR,rとすれば,

  asinA/2=bsinB/2=csinC/2=r

  x=R(1−cosC)=2Rsin^2C/2=2R(c/r)^2

  y=R(1−cosA)=2Rsin^2A/2=2R(a/r)^2

  z=R(1−cosB)=2Rsin^2B/2=2R(b/r)^2

より

  xyz=(abc)^2(2R/r^2)^3

 しかし,この先が続かない.無理矢理続けるならば,3辺の長さをA,B,Cで表すと

  C=2(2Rx−x^2)^1/2

  B=2(2Rz−z^2)^1/2

  A=2(2Ry−y^2)^1/2

あるいは

  A=bcosB/2+ccosC/2

  B=ccosC/2+acosA/2

  C=acosA/2+bcosB/2

あるいは

  A=BcosB+CcosC

  B=CcosC+AcosA

  C=AcosA+BcosB

  A/sinA=B/sinB=C/sinC=2R

  A^2=B^2+C^2−2BCcosA

  B^2=C^2+A^2−2CAcosB

  C^2=A^2+B^2−2ABcosC

  ABC=2R(A+B+C)r

  ABC/4△=R,(A+B+C)/2△=r

  R/r^2=ABC△/(A+B+C)^2

  2△=ABsinC=BCsinA=CAsinB

と等式の羅列になる.

 三角形の面積をx,y,zで表してみると,

  (R−x)(2Rx−x^2)^1/2+(R−y)(2Ry−y^2)^1/2+(R−z)(2Rz−z^2)^1/2=△

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

 また,以下の等式が利用できるかもしれない.

 任意の三角形に対して

  tanα+tanβ+tanγ=tanαtanβtanγ

が成り立つ.

 この式は

  γ=π−(α+β)

として,tanの加法公式を用いることにより容易に証明される.役に立つかどうかは別として,私にとってこの公式は対称性のある美しい公式と感じられる.もちろん,美しく感じるかどうかは主観的であり,強制すべきものではないが,きっと多くの人の美意識にも訴えるに違いない(希望).

 同様に,任意の三角形に対して

  sinα+sinβ+sinγ=4cosα/2cosβ/2cosγ/2

  sin2α+sin2β+sin2γ=4sinαsinβsinγ

  sin3α+sin3β+sin3γ=−4cos3α/2cos3β/2cos3γ/2

  cosα+cosβ+cosγ=1+4sinα/2sinβ/2sinγ/2

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