■多面体巡礼の双対問題(その14)
円柱とトーラスの共通部分の体積を正しく重積分していないので,これまでの計算で求まるわけではない.
x=r0→x^2+z^2=(r1−r0)^2
とした円とトーラス側面との間に囲まれる図形の体積を斟酌しなければならない.
{(x^2+y^2)^1/2−r1}^2+z^2=r0^2
(x^2+y^2)^1/2−r1={r0^2−z^2}^1/2
(x^2+y^2)^1/2=r1+{r0^2−z^2}^1/2
y^2={r1+{r0^2−z^2}^1/2}^2−x^2
したがって,
y={r1+{r0^2−z^2}^1/2}^2−x^2}^1/2−r0
をx^2+z^2^2=(r1−r0)^2の領域で重積分→R={(r1−r0)^2−x^2}^2として
V5=∫(-R,R)∫(-r0,r0)ydxdz
V5=∫(-r0,r0)∫(-R,R)ydzdx
山形+円柱の体積:V1=16∫(0,x0)y0z0dx
トーラスの体積:V2=2π^2r1r0^2
円柱の体積:V3=2πr0^2・{(r1−r0)^2−r0^2}^1/2
円柱の共通部分:V4=2/3・d^3=16/3・r0^3
より,十字環の体積は
4V5−V4+V2
で与えられる.
なお,
[参]小寺裕「関孝和・算聖の数学思潮」現代数学社
では,
D=r1+r0=10,d=2r0=1→r1=9.5,r0=0.5
として近似計算した数値解が掲載されている.
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