■初等幾何の楽しみ(その82)

 周長が

  ∫(0,x)1/(1-x^n)^(1/2)dx   (n=1~6)

で与えられる曲線については

[1]任意等分可能・・・・・・カージオイド

[2]2^mΠpi 等分可能・・・円,レムニスケート

[3]2^m等分可能・・・・・・r^3/2=cos(3θ/2),r^3=cos(3θ)

[4]2等分すら不可能・・・・r^5/2=cos(5θ/2)

と分類できるようである.

 2等分可能な曲線は4等分,8等分も可能であったが,[3][4]の間に

[x]2等分しかできない曲線

があってよいはずである.

 今回のコラムでは(その66)(その69)で述べたサイクロイドの2等分点を図示してみたい.

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【1】サイクロイドの場合

 サイクロイド:x=r(θ−sinθ),y=r(1−cosθ)

  cos(t/2)=1−2/n

  n=2のとき,t/2=π/2→t=π(y=r)

  n=4のとき,t/2=π/3→t=2π/3(y=3r/2)

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【2】内サイクロイドの場合

  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

について調べてみたい.

  cos(nt/2)=1−2/m

  m=2のとき,nt/2=π/2→t=π/n

  m=4のとき,nt/2=π/3→t=2π/3n

  r^2=x^2+y^2=(n−1)^2+1+2(n−1)cosnt

=(n−1)^2+1−2(n−1)=(n−2)^2   t=π/nのとき

=(n−1)^2+1−(n−1)    t=2π/3nのとき

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【3】外サイクロイドの場合

  大円の半径:n,小円の半径:1   (0<t<2π/n)

とする外サイクロイド

  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.

  cos(nt/2)=1−2/m

  m=2のとき,nt/2=π/2→t=π/n

  m=4のとき,nt/2=π/3→t=2π/3n

  r^2=x^2+y^2=(n+1)^2+1−2(n+1)cosnt

=(n+1)^2+1+2(n+1)=(n+2)^2   t=π/nのとき

=(n+1)^2+1+(n+1)    t=2π/3nのとき

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