■ガウスのペンタグラム(その3)

コクセターがフリーズの研究を始めたのはガウスによる球面上の五角形(五芒星)の研究がきっかけだった。

西山享「フリーズの数学・スケッチ帖」共立出版

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球面五角形の辺の長さをαとする。

a=(tanα)^2とおくと、1+a=a^2, a=(1+√5)/2=φ

tanα=√τ

cosα=1/τ=(√5-1)/2

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【1】ガウスの五芒星公式

(1)3+5a=a^5

  φ^-4=−3φ+5、 √5φ^-4=7φ−11

  φ^-3=2φ−3、 √5φ^-3=-4φ+7

  φ^-2=−φ+2、 √5φ^-2=3φ−4

  φ^-1=φ−1、 √5φ^-1=−φ+3

  φ^0=1、 √5φ^0=2φ−1

  φ^1=φ、 √5φ^1=φ+2

  φ^2=φ+1、 √5φ^2=3φ+1

  φ^3=2φ+1、 √5φ^3=4φ+3

  φ^4=3φ+2、 √5φ^4=7φ+4

  φ^5=5φ+3、 √5φ^5=11φ+7

  φ^6=8φ+5、 √5φ^6=18φ+11

 右辺mφ+nの係数m,nはフィボナッチ数列をなす.

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(2)この球面五角形の面積をSとすると

(1+i√a)^5=a^5・(cosS-isinS)

(1+i√a)=a・(cos(-S/5)+isin(-S/5))

(1/a+i1/√a)=(cos(-S/5)+isin(-S/5))

cos(-S/5)=1/a=(√5-1)/2  (NG)

S>0より

cos(-S/5)=-1/a=-(√5-1)/2

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(3)∠A+α=π

(4)S=2π-5α

cos(-S/5)=cos(-2π/5+α)=cosαcos2π/5+sinαsin2π/5=-1/a=-(√5-1)/2

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球面直角ニ等辺三角形は(α、α、π/2)であるからS=π/2+2α-π

また辺の長さを(α、ω、ω)とすると

cosα=(cosω)^2+(sinω)^2cos(π/2)

cosα=(cosω)^2

cosω=(cosα)^1/2=1/√τ

α+ω=arccos(1/τ)+arccos(1/√τ)=arcocs0=π/2

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