■和算と算額(その33)

 縮小三角形の相似条件式は

  a^2+λb^2−(λ+1)c^2=0

であったが,

  a^2λ+c^2(λ−1)=b^2

は元の三角形が正三角形であるときに限られた.

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

  a^2λ(λ−1)+b^2(1−λ)+c^2λ=c^2(λ^2−λ+1)

  a^2λ+b^2λ(λ−1)+c^2(1−λ)=a^2(λ^2−λ+1)

  a^2(1−λ)+b^2λ+c^2λ(λ−1)=b^2(λ^2−λ+1)

 同じ向きに相似なとき,それぞれの辺が最も近い辺に比例すると仮定すると

  a^2λ(λ−1)+b^2(1−λ)+c^2λ=a^2(λ^2−λ+1)

  a^2λ+b^2λ(λ−1)+c^2(1−λ)=b^2(λ^2−λ+1)

  a^2(1−λ)+b^2λ+c^2λ(λ−1)=c^2(λ^2−λ+1)

→−a^2+b^2(1−λ)+c^2λ=0

  a^2λ−b^2+c^2(1−λ)=0

  a^2(1−λ)+b^2λ−c^2=0

3式を加えると,両辺とも同じ(a^2+b^2+c^2)(λ^2−λ+1)になるので,この3式は独立ではなく,a=b=cを得る.

 右辺を巡回置換してもいずれも同様に計算してa=b=cに達する.すなわち自明な正三角形の場合以外にはあり得ない.

 裏返しに相似なとき,上述のDE^2,EF^2,FE^2の式はそのままにして,第2式,第3式の右辺のa^2,b^2を入れ換える.

  a^2λ(λ−1)+b^2(1−λ)+c^2λ=c^2(λ^2−λ+1)

  a^2λ+b^2λ(λ−1)+c^2(1−λ)=a^2(λ^2−λ+1)

  a^2(1−λ)+b^2λ+c^2λ(λ−1)=b^2(λ^2−λ+1)

第1式→a^2λ(λ−1)−b^2(λ−1)+c^2(λ−1)^2=0

第2式は右辺がa^2(λ^2−λ+1)であるから,整理すると

  −a^2(λ−1)^2+b^2λ(λ−1)−c^2(λ−1)=0

となるが,これは第1式と同値である.

第3式は右辺がb^2(λ^2−λ+1)であるから,整理すると

  −a^2(λ−1)−b^2(λ−1)^2+c^2λ(λ−1)=0

となって,λ=1(中点)のときに限る.

 すなわち,どちらの場合ももとの三角形が正三角形であるが,またはλ=1(中点)のときに限ります.

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