■初等幾何の楽しみ(その78)

 通例のn角形に対して,1頂点から始めてm個おきの頂点を結んでできる図形を星形n/m角形という.

 (その77)で定式化した問題は

  星形5/2,7/2,9/2角形

であるが,正負符号が一部で逆転するだけであった.

 7角形・9角形に対しては星形7/3,9/4角形も考えられるところであるが,その場合はどうなるのだろうか?

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

【1】星形7/3角形の場合

 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,y3),D(0,R+d)とすると,

  x1cosθ−rsinθ=r

  x2cosθ+y2sinθ=r

  x2cosφ+y2sinφ=r

  x3cosφ+y3sinφ=r

  x3cosψ+y3sinψ=r

  (R+d)sinψ=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+(y3−d)^2=R^2

 θとφとψを消去するにはどうしたらよいか?

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

【2】星形9/4角形の場合

 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,y3),D(x4,y4),E(0,R+d)とすると,

  x1cosα+rsinα=r

  x2cosα+y2sinα=r

  x2cosβ+y2sinβ=r

  x3cosβ+y3sinβ=r

  x3cosγ+y3sinγ=r

  x4cosγ+y4sinγ=r

  x4cosδ+y4sinδ=r

  (R+d)sinδ=r

 また,外接円の中心O(0,d)と点A,点B,点C,点D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+(y3−d)^2=R^2

  x4^2+(y4−d)^2=R^2

 α,β,γ,δを消去するにはどうしたらよいか?

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

【3】まとめ

 実際に定式化してみると,星形7/3角形では星形でない場合とまったく同一の問題になることがわかるだろう.このことにより,星形7/3角形の場合の解はすでに双心n角形の基底の計算の中に現れていたことになる(はずである).また,星形9/4角形では星形9/2角形の場合とまったく同一の問題になる.

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