■媒介変数と陰関数の描画(その4)
レムニスケート(x^2+y^2)^2=a^2(x^2−y^2)の表わし方として
x^2+y^2=a^2cos^2φ,x^2−y^2=a^2cos^4φ
を用いれば,
x^2=a^2cos^2φ(1−sin^2φ/2)
y^2=a^2cos^2φsin^2φ/2
ここで,(ds)^2=(dx)^2+(dy)^2を計算すれば,k=1/√2の第1種楕円積分
ds=a/√2・dφ/(1−sin^2φ/2)=a/√2F(1/√2,φ)
を得ることができる.したがって,レムニスケートの全長は
s=4a/√2K(1/√2)
また,セレー(微分幾何のフレネー・セレーの公式で有名)にしたがって
x=a(z+z^3)/(1+z^4),y=a(z−z^3)/(1+z^4)とパラメトライズした場合,
x^2+y^2=2a^2z^2/(1+z^4)
x^2−y^2=4a^2z^4/(1+z^4)^2
(ds)^2=(dx)^2+(dy)^2=2a^2dz/(1+z^4)
より,
∫(z,1)dz/(1+z^4)^1/2=1/2F(1/√2,φ)
ガウスは
x^2=1/2(z^2+z^4),y^2=1/2(z^2−z^4)
ds=(dx^2+dy^2)^1/2=dz/(1−z^4)^1/2
より,レムニケートの弧長を
∫dz/(1−z^4)^1/2
で表したが,このように∫dz/(1+z^4)^1/2によっても表すことができて,
1/√2F(1/√2,φ)
=∫(c,1)dz/(1−z^4)^1/2=√2∫(z,1)dz/(1+z^4)^1/2
なる関係を得ることができる.ここで,
c=cosφ=√2z/(1+z^4)^1/2
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