■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。

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 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

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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。

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