■初等幾何の楽しみ(その29)

 一般的なアルゴリズムを導き出すには,(その28)のフースの定理の別証が参考になるものと思われる.それにしたがって,オイラーの定理の別証を書き換えてみたい.

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【1】オイラーの定理の別証

 内接円の中心を原点にとると,等辺となる直線は

  xcosθ+ysinθ=r

外接円との交点をA(x1,−r),B(0,R+d)とすると,

  x1cosθ=r(1+sinθ)

  (R+d)sinθ=r

 二等辺三角形の等辺の長さは正弦定理より

  a/sin(π/2−θ)=a/cosθ=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=cosθ

  R+d+r=2R(cosθ)^2

さらに相似三角形より

  r/(R+d)=sinθ

  2Rr^2/(R+d)^2=2R(sinθ)^2

 2つの方程式からθを消去すると,オイラーの定理

  R^2−2Rr=d^2

が示される.

 また,n=3の場合とn≧4の場合では,内接円の中心と外接円の中心の位置関係が逆転していることに注意,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

であるが,ここでは必要としない.

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【2】n=5の場合

 内接円の中心を原点にとる.外接円との交点をA(x1,−r),B(x2,y2),C(0,R+d)とすると,

  x1cosθ−rsinθ=r

  x2cosθ+y2sinθ=r

  x2cosφ+y2sinφ=r

  (R+d)sinφ=r

 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+d)^2=R^2

  x2^2+(y2−d)^2=R^2

 θとφを消去するにはどうしたらよいか?

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【3】n=6の場合

 内接円の中心を原点にとる.外接円との交点をA(x1,−r),B(x2,y2),C(x3,r)とすると,

  x1cosθ−rsinθ=r

  x2cosθ+y2sinθ=r

  x2cosφ+y2sinφ=r

  x3cosφ+rsinφ=r

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

  x1^2+(r−d)^2=R^2

  x2^2+(y2+d)^2=R^2

  x3^2+(r+d)^2=R^2

 θとφを消去するにはどうしたらよいか?

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