■コペルニクスの逆定理(その62)
θ=π/(2n+1)として,
d=r(1+cosθ)/sinθ
x=(1−r)cosθ
y=(1−r)sinθ
S1=1/2r^2tanθ−1/2r^2θ
S2=1/2(r−x)(d−rtanθ)
S3=1/2d^2arctan(r−x)/(d−y)−S1−S2
とおくと星状領域の面積は
Sn=πr^2−2(2n+1)S3
で求められます.
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ここで,rは2次方程式
(4+4cosθ)r^2−(4+4cosθ)r+1=0
の大きな方の実根として求められますから,n→∞のとき
r→(2+√2)/4,x→1−r,y→0
また,n→∞のとき
(2n+1)tanθ→π,(2n+1)sinθ→π
より,
2(2n+1)S1→0
arctanx=x−x^3/3+x^5/5−・・・
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(r−x)/d(1−y/d)
→(2r−1)/d・{1+y/d+(y/d)^2+・・・}
=(2r−1)/d+(2r−1)y/d^2+(2r−1)y^2/d^3+・・・
ここで,
A=1+y/d+(y/d)^2+・・・
とすると
(2n+1)d^2arctan(r−x)/(d−y)
→(2n+1)d^2{(2r−1)/d・A−1/3{(2r−1)/d・A}^3+1/5{(2r−1)/d・A}^5−・・・}
=(2r−1)(2n+1)d+(2r−1)(2n+1)y+(2r−1)(2n+1)y^2/d+・・・−1/3(2r−1)^3A^3(2n+1)/d+1/5(2r−1)^5A^5/d^3−・・・
n→∞のとき,
(2r−1)(2n+1)y→(2r−1)(1−r)π
(2r−1)(2n+1)y^2/d→0
ですから
Sn=πr^2−2(2n+1)S3
→π{r^2−(2r−1)r−(2r−1)(1−r)+(2r−1)^3/6r}
=π(7r^2/3−4r+2−1/6r)=(5−2√2)π/24
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