■初等幾何の楽しみ(その143)
接線極座標という、極座標によく似た曲線の表し方がある。
原点から曲線の任意の接線へ垂線を下し、その足の極座標を(p(θ)、θ)とすると、この接線の方程式は
xcosθ+ysinθ=p(θ)
であり、その包絡線が元の曲線である。歯車や定幅曲線・内転形の設計に用いられる。
===================================
θで偏微分すると
-xsinθ+ycosθ=p'(θ)
x,yについて解くと
x=p(θ)cosθ-p'(θ)sinθ
y=p(θ)sinθ+p'(θ)cosθ
===================================
全長はL=integral(0.2π)p(θ)dθ
定幅曲線では
L=integral(0.π)p(θ)dθ+integral(π,2π)p(θ)dθ
=integral(0.π)p(θ)dθ+integral(0,π)p(θ+π)dθ
=integral(0.π){p(θ)+p(θ+π)}dθ
=integral(0.π){p(θ)+p(θ+π)}dθ
=integral(0,π)Ddθ
=πD
すなわち、幅がDの定幅曲線の全長はπDである。
===================================