■ガウスのペンタグラム(その4)
コクセターがフリーズの研究を始めたのはガウスによる球面上の五角形(五芒星)の研究がきっかけだった。
西山享「フリーズの数学・スケッチ帖」共立出版
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球面五角形の辺の長さをαとする。
a=(tanα)^2とおくと、1+a=a^2, a=(1+√5)/2=φ
tanα=√τ
cosα=1/τ=(√5-1)/2
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【1】ガウスの五芒星公式
(1)3+5a=a^5
φ^-4=−3φ+5、 √5φ^-4=7φ−11
φ^-3=2φ−3、 √5φ^-3=-4φ+7
φ^-2=−φ+2、 √5φ^-2=3φ−4
φ^-1=φ−1、 √5φ^-1=−φ+3
φ^0=1、 √5φ^0=2φ−1
φ^1=φ、 √5φ^1=φ+2
φ^2=φ+1、 √5φ^2=3φ+1
φ^3=2φ+1、 √5φ^3=4φ+3
φ^4=3φ+2、 √5φ^4=7φ+4
φ^5=5φ+3、 √5φ^5=11φ+7
φ^6=8φ+5、 √5φ^6=18φ+11
右辺mφ+nの係数m,nはフィボナッチ数列をなす.
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(2)この球面五角形の面積をSとすると
(1+i√a)^5=a^5・(cosS-isinS)
(1+i√a)=a・(cos(-S/5)+isin(-S/5))
(1/a+i1/√a)=(cos(-S/5)+isin(-S/5))
cos(-S/5)=1/a=(√5-1)/2 (NG)
S>0より
cos(-S/5)=-1/a=-(√5-1)/2
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(3)∠A+α=π
(4)S=2π-5α
cos(-S/5)=cos(-2π/5+α)=cosαcos2π/5+sinαsin2π/5=-1/a=-(√5-1)/2
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球面直角ニ等辺三角形は(α、α、π/2)であるからS=π/2+2α-π
また辺の長さを(α、ω、ω)とすると
cosα=(cosω)^2+(sinω)^2cos(π/2)
cosα=(cosω)^2
cosω=(cosα)^1/2=1/√τ
α+ω=arccos(1/τ)+arccos(1/√τ)=arcocs0=π/2
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まだ四角形が残っていると思われる
4点の球面距離を(ω、ω、ζ、ζ)とすると
2ω+α+ζ=π
2(π/2-α)+α+ζ=πよりζ=α
内角は(π/2,π/2、π/2、π-α)
対角線の球面距離は
cosη=cosαcosω+sinαsinωcosπ/2=cosαcosω=cosαsinω
しかし、siこれは不要である。
三角形の内角は(π/2,π/4,(π-α)/2)
S=π/4−α/2
四角形の面積は2S=π/2−α=ω
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