■ガウスのペンタグラム(その48)

N=5については非正5角形版を作成したが、それ以外では測地線条件を満たすことができるのだろうか?

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

これがどのようにして求められたものなのか考える。

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正五角形の1辺の長さをaとすると対角線の長さはaφです

正五角形の辺に対する中心角α度と対角線に対する中心角β

それらのなす角ωを求めたい。

  sin(α/2)=a

  sin(β/2)=aφ=φsin(α/2)

より,

  β=2arcsin(φsin(α/2))=arccos{1-2(φsin(α/2))^2}

二等辺三角形について

cosβ=(cosα)^2+sin(α)^2cosω

ここで、

ω=π-α

cosβ=(cosα)^2-sin(α)^2cosα

1-φ^2(1-cosα)=(cosα)^2-(1−(cosα)^2)cosα=(cosα)^2-cosα+(cosα)^3

(cosα)に関する3次方程式となったが、n=5の場合は

cosα=1/τを代入すると

左辺=1-τ^2(1-1/τ)=1-τ^2+τ=0

右辺=1/τ^2-1/τ+1/τ^3=−φ+2-φ+1+ 2φ−3=0

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この計算は正五角形が決まれば、面積=2πは必ず満たされることを示している。

非正五角形でも同じである。非正N角形でも同じであろう

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