■和算にまなぶ(その21)
3辺の長さα,β,γ三角形(高さh)のなかに,長軸が底辺に平行な楕円(長軸2a,短軸2b)が内接している.
このとき,
b^2(h−2b)(β^2−γ^2)^2=α^2(h−b)^2(α^2h−2α^2b−4a^2h)
が成り立つ.
[参]土倉保「算法助術」朝倉書店
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内接円のとき,
a=b=r
S=αh/2=r(α+β+γ)/2
h=r(α+β+γ)/α
r^2(h−2r)(β^2−γ^2)^2=α^2(h−r)^2(α^2h−2α^2r−4r^2h)
左辺からhを消去すると
r^3((β+γ)/α−1)(β^2−γ^2)^2
=r^3((β+γ)/α−1)(β+γ)^2(β−γ)^2
右辺からhを消去すると
r^3(β+γ)^2・{α(α+β+γ)−2α^2−4r(α+β+γ)/α)}
={α(β+γ)−α^2−4r(α+β+γ)/α)}
したがって,
((β+γ)/α−1)(β−γ)^2={α(β+γ)−α^2−4r(α+β+γ)/α)}
((β+γ)−α)(β−γ)^2={α^2(β+γ)−α^3−4r^2(α+β+γ)}
4r^2(α+β+γ)={α^2(β+γ)−α^3}−((β+γ)−α)(β−γ)^2}
=((β+γ)−α){α^2−(β−γ)^2}
=(−α+β+γ)(α−β+γ)(α+β−γ)
r^2=(−α+β+γ)(α−β+γ)(α+β−γ)/4(α+β+γ)
ここで,α+β+γ=2sとおくと,
r^2=(s−α)(s−β)(s−γ)/s
S=rs
S={s(s−α)(s−β)(s−γ)}^1/2
となって,ヘロンの公式が得られる.
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