■正三角形の面積の2等分線(その2)

 静岡の小山拓輝さんより,

  http://www.geocities.jp/ikuro_kotaro/koramu/1693_d1.htm

の記事のミスをご指摘いただいた.とくに,4次曲線か双曲線か,本が正しいか間違いか,は重要なことなので,ありがたいご指摘あった.

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【Q】正三角形を直線によって面積を2等分するとき,その包絡線はどのような曲線を描くか?

(A)包絡線の求め方を説明しよう.曲線:y=f(x,θ)において,パラメータθが動くとき,θとθ+Δθに対応する2本の隣り合った曲線を考えると,その交点はΔθ→0の極限で包絡線上の点となる.

 xを固定するとき,この交点のy座標はパラメータθが変わっても変化しないことで特徴づけられるから,

  ∂y/∂θ=0 → θ=g(x)

を求め,元の方程式に代入すると包絡線の方程式

  y=f(x,g(x))

が得られる.

 △ABCにおいて,A(0,√3),B(−1,0),C(1,0)とする.

点Pがx軸上を点Bから原点に向かって進むとき,点Pは

  (t,0)  −1≦t≦0

とパラメトライズされる.

 このとき,正3角形の面積の2等分線のもう一方の端点Q(x0,y0)は辺AC上にあり,

  y0=−√3x0+√3

 また,直線PQの方程式を

  y=m(x−t),m=y0/(x0−t)

とする.面積の2等分線であることより

  (1−t)y0=√3

以上より,この直線の方程式は

  y=m(x−t),m=√3/(t^2−2t)

となる.

  ∂y/∂t=0 → t^2−2xt+2x=0

  t=x−(x^2−2x)^1/2

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[誤]これを,元の方程式に代入すると包絡線の方程式

  y=√3(2(x^2−2x)^1/2+2x−1)/(1−4x)

  → −4xy−2x+y−1=2√3(x^2−2x)^1/2

  → (4xy+2x−y+1)^2=12(x^2−2x)

 こうして4次曲線が得られる.(双曲線と書かれてある本もあったが,2次曲線には退化

しない.)

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[正]もとの式を

  (t^2−2t)y−√3(x−t)=0

の形にして,tで偏微分した式

  2(t−1)y+√3=0

と連立してtを消去して,xとyだけの関係式に整理すると,

  3−4y^2=√3(4xy−4y+2√3)

これは双曲線を表す.

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