■ペリトロコイドからフルヴィッツ曲線へ(その5)
【3-b】特異点の除去
こうして得られた
x=(n-2)acos(nθ)+nacos(n-2)θ-2Rsinθ
y=-(n-2)asin(nθ)+nasin(n-2)θ-2Rcosθ
が即,内転形になるわけではなく,一般にツバメの尾の形の特異点をもつ曲線となる.
特異点を除去するために,θで微分すると
x’=-n(n-2)asin(nθ)-n(n-2)asin(n-2)θ-2Rcosθ
y’=-n(n-2)acos(nθ)+n(n-2)acos(n-2)θ+2Rsinθ
x”=-n^2(n-2)acos(nθ)-n(n-2)^2acos(n-2)θ+2Rsinθ
y”=n^2(n-2)asin(nθ)-n(n-2)^2asin(n-2)θ+2Rcosθ
x’y"-x"y’=2n^2(n-2)^2a^2-2n^2(n-2)^2a^2cos(2n-2)θ-8n(n-2)Rasin(n-1)θ-4R^2
=4n^2(n-2)^2a^2sin^2(n-1)θ-8n(n-2)Rasin(n-1)θ-4R^2
=4{n(n-2)asin(n-1)θ-R}^2
ここで,卵形線となるための条件は,曲率の符号が一定であることから,
R≧n(n-2) a
のとき,特異点は消失し,正n角形の内転形となる.この図形はR→∞とすることによって,次第に円に近づく.
これより,a=1, R=n(n-2) aとして,ローター曲線は3項よりなる有限フーリエ級数
x=(n-2)cos(nt)+ncos(n-2)t-2n(n-2)sint
y=-(n-2)sin(nt)+nsin(n-2)t-2n(n-2)cost
で表すことができて,ステーターの直線部分が最長となるように最適化された形状になっている.ステーターはこの曲線の中心が半径2の円周上を(n−1)公転する間に,ローターが1周する形状を備えている.
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