■求積の多様性を考える(その27)
アルキメデスの正n反柱の高さの値Hの求め方は(その25)にありますが,1辺の長さが1であるとき,
H={1−1/(2cosπ/2n)^2}^(1/2)
また,正n角形面と正三角形面の二面角は
arccos(2H/√3)+π/2
で与えられます.
n 高さ 二面角
3 .816497 109.471
4 .840896 103.836
5 .850651 100.812
6 .8556 98.8994
7 .858473 97.5722
8 .860296 96.5946
9 .861526 95.843
10 .862397 95.2466
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[Q]アルキメデスの正n反柱をz軸の周りに回転させて得られる立体の体積を求めよ.
[A]ねじれの位置にある直線を回転させると回転双曲面となる(その26).
側面の正三角形面の辺PQ上に点Tをとり,
OP・OQ=r^2cosπ/n
OT=tOQ+(1−t)Oお
OT^2=t^2OQ^2+2t(1−t)OP・OQ+(1−t)^2OP^2
OP^2=r^2,OQ^2=r^2
より,
OT^2=r^2{t^2+2t(1−t)cosπ/n+(1−t)^2)
=r^2(2(t^2−t)(1−cosπ/n)+1)
V=πH∫(0,1)OT^2dt
=πHr^2{2(1/3−1/2)(1−cosπ/n)+1}
=πHr^2{2+cosπ/n))/3
H={1−1/(2cosπ/2n)^2}^(1/2)
r=1/{2sin(π/n)}
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