■初等幾何の楽しみ(その151)

[Q]原点を中心とする半径aの円周上の点(x,y)から、(x、0)、(0、y)を結ぶ線分に下した垂線の足の軌跡は?

[A]x=a(cosθ)^3, y=a(sinθ)^3

からθを消去すれば

x^2/3+y^2/3=a~2/3

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

この問題は、長さ1の線分の両端点がそれぞれx軸、y軸上にあるとき、その包絡線を求める問題と同値である。

線分の方程式は

x/cosθ+y/sinθ=1

包絡線を求めるにはまずθで偏微分して

x・sinθ/(cosθ)^2-y・cosθ/(sinθ)^2=0

連立方程式を解くと、xについて

  x=(cosθ)^3

yについて、

  y=(sinθ)^3

これはアステロイドである。

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