■初等幾何の楽しみ(その48)

 (その46)の補足をしておきたい.曲線

  r^(1/2)=cos(1/2・θ)

  r=cos^2(1/2・θ)=(1+cosθ)/2

であるからリマソンであることはわかるが,本当にカージオイドなのだろうか.

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 カージオイド:

  x=−1/2・cost+1/4・cos2t+1/4

  y=1/2・sint−1/4・sin2t

を考える.

  x^2+y^2=3/8−1/2・cost+1/8・cos2t

 一方,

  r=(1+cosθ)/2

  r^2=(1+2cosθ+cos^2θ)/4

cos2θ=2cos^2θ−1より

  r^2=3/8−1/2・cosθ+1/8・cos2θ

 θ=tとおけばr^2=x^2+y^2である.よって

  r=cos^2(1/2・θ)=(1+cosθ)/2

はカージオイドである.

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 ペリトロコイド曲線は

  x=Rcos(β+γ)+acos(n−1)β

  y=Rsin(β+γ)+asin(n−1)β

で表される.

 ペリトロコイドの特別な場合として

  x=Rcost+acos2t

  y=Rsint+asin2t

があるが,これはリマソンである.

 パスカルのリマソン(蝸牛線)は,極座標では

  r=a+bcosθ

と表されるが,直交座標系では陰関数となる4次曲線:

  (x^2+y^2−bx)^2=a^2(x^2+y^2)

である.

 n=3のとき,

  {(x−1/2)^2+y^2+x−1/2}^2=(√(3)/2-2/3)^2((x−1/2)^2+y^2)

で表されるペリトロコイド曲線(ハイポカージオイド)は,x→1/2−x,a=√(3)/2-2/3,b=1とおいたものであるからリマソンとなる.

 n=4の場合,

  x=Rcost+acos3t

  y=Rsint+asin3t

の軌道は,繭型の2ノード・ペリトロコイド曲線(ハイポネフロイド)と呼ばれている.

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