■初等幾何の楽しみ(その28)

 (その27)のアルゴリズム自体は正しいが,もっと効率的なアルゴリズムはないものだろうか.

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【1】オイラーの定理の別証

 二等辺三角形の底角をθとすると,等辺の長さは正弦定理より

  a/sinθ=2R

 また,二等辺三角形の半分の直角三角形に注目すると

  (R+d+r)/a=sinθ

  R+d+r=2R(sinθ)^2

さらに相似三角形より

  r/(R+d)=cosθ

  2Rr^2/(R+d)^2=2R(cosθ)^2

 2つの方程式からθを消去すると

  R+d+r+2Rr^2/(R+d)^2=2R

  Rを+d+r+2Rr^2/(R+d)^2=2R−2Rr^2/(R+d)^2

  (R+d)^2=2R(R+d−r)

より,オイラーの定理

  R^2−2Rr=d^2

が示される.

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【2】フースの定理の別証

 凧型の代わりに等脚台形を考えることにする.内接円の中心を原点にとると,脚となる直線は

  xcosθ+ysinθ=r

外接円との交点をA(x1,−r),B(x2,r)とすると,

  x1cosθ=r(1+sinθ)

  x2cosθ=r(1−sinθ)

これらは

  x1x2=r^2

を満たす.

 また,外接円の中心O(0,−d)と点A,点Bとの距離の2乗はR^2となることより

  x1^2=R^2−(r−d)^2

  x2^2=R^2−(r+d)^2

  x1^2x2^2=r^4

に代入して整理すると

  2r^2(R^2+d^2)=(R^2−d^2)^2

が得られる.

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【3】雑感

 問題は,これらから一般的なアルゴリズムを導き出せるかどうかである.

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