■初等幾何の楽しみ(その69)

 (その66)にてサイクロイド弧長が2等分,4等分されることをみた.今回のコラムでは,

  大円の半径:n,小円の半径:1   (0<t<2π/n)

とする内サイクロイド

  x=(n−1)cost+cos(n−1)t

  y=(n−1)sint−sin(n−1)t

と外サイクロイド

  x=(n+1)cost−cos(n+1)t

  y=(n+1)sint−sin(n+1)t

について調べてみたい.

===================================

【1】内サイクロイド弧長のm等分

  ∫(0,2π/n)(x’^2+y’^2)^1/2dt

 =√2(n−1)∫(0,2π/n)(1−cosnt)^1/2dt

 =2(n−1)∫(0,2π/n)sin(nt/2)dt

 =4(n−1)/n[−cos(nt/2)]=8(n−1)/n

  4(n−1)/n(−cos(nt/2)+1)=8(n−1)/mn

  −cos(nt/2)+1=2/m

  cos(nt/2)=1−2/m

 tが4直角の整数分の1になるのは,m=2とm=4のときのみです.

===================================

【2】外サイクロイド弧長のm等分

  ∫(0,2π/n)(x’^2+y’^2)^1/2dt

 =√2(n+1)∫(0,2π/n)(1−cosnt)^1/2dt

 =2(n+1)∫(0,2π/n)sin(nt/2)dt

 =4(n+1)/n[−cos(nt/2)]=8(n+1)/n

  4(n+1)/n(−cos(nt/2)+1)=8(n+1)/mn

  −cos(nt/2)+1=2/m

  cos(nt/2)=1−2/m

 tが4直角の整数分の1になるのは,m=2とm=4のときのみです.

===================================