■おもしろい曲線(その7)
追跡曲線の弧長Lであるが,
L=∫(0,∞)(r^2+(dr/dθ)^2)^1/2dθ
=∫(0,∞)aexp(−bθ)(1+b^2)^1/2dθ
=[−aexp(−bθ)/b・(1+b^2)^1/2]
=a/b・(1+b^2)^1/2
と計算される.
r=aexp(−bθ)
において,
b=tan(π/n)
また,正n角形の1辺の長さを1,外接円の半径をRとすると
R=1/2sin(π/n)
であるが,a=Rである.これを代入すると
L=1/2(sin(π/n))^2
と求まる.
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「等角らせんを直線に沿って転がすと,等角らせんの原点は直線を描くが弧長は,原点を頂点とする直角三角形の斜辺の長さに等しい.」という性質があるが,この性質を使って,追跡曲線の長さLを計算してみると,
正n角形の1辺の長さを1,外接円の半径をRとする.
R=1/2sin(π/n)
L/R=1/cos(π/2−π/n)=1/sin(π/n)
L=R/sin(π/n)=1/2(sin(π/n))^2
と計算される.
すなわち,追跡曲線の長さLが辺の長さ1に等しくなるのは,n=4のときだけである.これは正方形の中心角が90°だからであって,正三角形ではL<1,正五角形ではL>1であることが理解される.
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