■媒介変数と陰関数の描画(その3)

[1]3次曲線のパラメータ表示例

 デカルトの正葉線x^3−3axy+y^3=0(a>0)では,y/x=t,すなわちy=txとおくことによってパラメータ表示の形に書くことができます.

  x=3at/(1+t^3),y=3at^2/(1+t^3)

この3次曲線は重根をもち,原点(0,0)が特異点になります.

 しかし,このままではtとの対応が悪く

  x=3a(1−t)(1−t^2)/2(1+3t^3),

  y=3a(1+t)(1−t^2)/2(1+3t^3)

の方がきれいに描くことができます.

 さらに,

  x=at^2(1−t)/(t^3+(1−t)^3),

  y=at(1−t)^2/(t^3+(1−t)^3),

と書くこともできます.

  t^3+(1−t)^3=1−3t+3t^2

ですから,上記とは別表示になっていることがわかります.

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[2]4次曲線のパラメータ表示例

 レムニスケートは

  x=t(t^2+1)/(1+t^4)

  y=−t(t^2−1)/(1+t^4)

のようにパラメトライズすることができます.

 a=1/√2のとき,レムニスケート:r^2 =cos2θ,(x^2 +y^2 )^2 =x^2 −y^2 は,

  x=cosθ/(1+sin^2θ)

  y=sinθcosθ/(1+sin^2θ)

ここで,

sinθ=(1−t^2)/(1+t^2)

cosθ=2t/(1+t^2)

とおくと,

  x=t(1+t^2)/(1+t^4 )

  y=t(1−t^2)/(1+t^4 )

のようにパラメトライズすることができますというわけです.

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 レムニスケート:極座標系でr^2 =cos2θ,直交座標系で(x^2 +y^2 )^2 =x^2 −y^2 は,三角関数を用いて

  x=cosθ/(1+sin^2θ)

  y=sinθcosθ/(1+sin^2θ)

とパラメトライズされるのですが,ここで,

  t=tan(θ/2)

を使うと

sinθ=2t/(1+t^2)

cosθ=(1−t^2)/(1+t^2)

と表示されますから,

  x=(1−t^4)/(1+6t^2+t^4)

  y=2t(1−t^2)/(1+6t^2+t^4 )

のようにパラメトライズすることができます.このように,パラメトライズの仕方は1通りではありません.

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 次に,もう一つ別のパラメトライズをみてみましょう.レムニスケートは4次曲線ですが,原点(0,0)が有理点ですから,y=mxとおくことによってパラメータ表示の形に書くことができます.

  (1+m^2)^2x^4=(1−m^2)x^2

  x=(1−m^2)^1/2/(1+m^2)

  y=m(1−m^2)^1/2/(1+m^2)

m=tanθですから,t=tan(θ/2)を使うと

  m=2t/(1−t^2)

  x=(1−6t^2+t^4)/(1+t^2)^2

  x=2t(1−6t^2+t^4)/(1+t^2)^2(1−t^2)

と置き換えることもできます.

 あるいは,r^4=cos^2θ−sin^2θより,

  x=rcosθ=cosθ(cos^2θ−sin^2θ)^1/4

  y=rsinθ=sinθ(cos^2θ−sin^2θ)^1/4

ここで,

  t=tan(θ/2)

sinθ=2t/(1+t^2)

cosθ=(1−t^2)/(1+t^2)

  r=((1−6t^2+t^4)/(1+t^2)^2)^4

を使って置き換えることもできるでしょう.すると

  x=(1−t^2)/(1+t^2)・((1−6t^2+t^4)/(1+t^2)^2)^4

  y=2t/(1+t^2)・((1−6t^2+t^4)/(1+t^2)^2)^4

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