■初等幾何の楽しみ(その150)

 無限に多くの曲線があって、各曲線f(x、y、a)=0で表されるとする。それらの包絡線は

x=φ(a), y=ψ(a)として、

  f(x、y、a)=0,fa(x、y、a)=0

の連立方程式の解として表される。

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 凹球面鏡に平行光線が入射するとき、反射光の包絡面(焦腺)は何か

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円の方程式をx=acosθ、y=asinθとすると、反射光の方程式は

  y-asinθ=tan2θ(x-acosθ)

  xsin2θ-ycos2θ=asinθ

包絡線を求めるにはまずθで偏微分して

xcos2θ+ysin2θ=a/2・cosθ

連立方程式を解くと、xについて

  x=a/4・(3cosθ-cos3θ)

yについて、

  y=a/4・(3sinθ-sin3θ)

これは半径a/2の円上を半径a/4の円が転がってできるネフロイドである。

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