カージオイドは2通りの方法で任意等分可能な曲線である.
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【1】尖点を中心とする円を使った任意等分
周長が
∫1/(1-x)^(1/2)dx
で表される曲線(カージオイド)のn等分問題について考えてみると,
∫1/(1-x)^(1/2)dx=-2(1-x^)^(1/2)+C
∫(0,1)1/(1-x)^(1/2)dx=2
より,n等分点は
-2(1-x)^(1/2)+2=2/n
x=1-(1-1/n)^2=(2n-1)/n^2=c
で与えられる.
したがって,カージオイドは尖点を中心とする円を使って任意等分できる曲線で,2等分点,3等分点,5等分点に対応するカージオイド曲線上の点は以下の如くである.
c (x,y)
n=2 → 0.75 → (0.375,0.6495193)
n=3 → 0.555556 → (0.0617284,0.552115)
n=5 → 0.36 → (-0.1008,0.3456)
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【2】固定円の同心円を使った任意等分
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.
∫(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
半弧長のm等分を考えると,
4(n+1)/n(−cos(nt/2)+1)=4(n+1)/mn
−cos(nt/2)+1=1/m
cos(nt/2)=1−1/m
r^2=x^2+y^2=(n+1)^2+1−2(n+1)cosnt=(n+1)^2+1−2(n+1){2cos^2(nt/2)−1}=(n+1)^2+1−2(n+1)(1−4/m+2/m^2)
たとえば,2等分する場合,
r^2=(n+1)^2+1+(n+1)
t=2/n・arccos(1−1/m)=2π/3n
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