■ガウスのペンタグラム(その66)
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?
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このための条件式を作るのは難しそうである。A+a=πのような式が欲しいところであるが…
円弧でない四角形についてトレミーの定理:AC+BD=EFが成り立つ
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}
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sin(a/2)=A
sin(b/2)=B
sin(c/2)=C
sin(d/2)=D
sin(e/2)=E
sin(f/2)=F
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sin(a/2)sin(c/2)+sin(b/2)sin(d/2)=sin(e/2)sin(f/2)
これからefを消去したい。
ABC記号は角度を表すことにする。
S=A+B+C+D-2π
cose=cosacosb+sinasinbcosA=cosccosd+sincsindcosC
cosf=cosbcosc+sinbsincsinB=cosacosd+sinasindcosD
二等辺三角形について
T=4π-A-B-C-D
S+T=2π
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A=C,B=D,E^2=A^2+B^2は長方形
sin^2(a/2)+sin^2(b/2)=sin^2(e/2)={1-cos(e)}/2
1-cosa+1-cosb={1-cos(e)}
cosa+cosb={1+cos(e)}
cose=cosacosb+sinasinbcosA
ABC記号は角度を表すことにする。A=B=C=D
cosa+cosb={1+cosacosb+sinasinbcosA}
b=2aとすると
cosa+2(cosa)^2-1=1+2(cosa)^3-cosa+2(sina)^2cosacosA
したがって、Aを決めなければaが決まらない。
A=2π/3とすると
cosa+2(cosa)^2-1=1+2(cosa)^3-cosa-(1-(cosa)^2)cosa=1+2(cosa)^3-cosa-cosa+(cosa)^3
=1-2cosa+3(cosa)^3
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(その58)より
cosA=1-√2であることが確認されたが、その角度を保持したまま、長方形に変えてみたい
cosA=1-√2とすると
cosa+2(cosa)^2-1=1+2(cosa)^3-cosa+2(1-(cosa)^2)cosacosA
を解くことになる。
2cosa+2(cosa)^2-2-2(cosa)^3=2(1-(cosa)^2)cosacosA
cosa+(cosa)^2-1-(cosa)^3=(1-(cosa)^2)cosacosA
cosa-1+(cosa)^2(1-cosa)=(1-(cosa)^2)cosacosA
1-(cosa)^2=-(1+(cosa))cosacosA
これで面積を保ったまま、正方形を長方形に変えることができる。
(cosa)=1/√2
1/2=(1+1/√2)1/√2(√2-1)=(√2+1)(√2-1)/2=1/2
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a=45,b=90となってしまった。b=2aとしたのが良くなかった。
b=1.5aとして
cosa+cosb={1+cosacosb+sinasinbcosA}
を解いてみる。
a=49.3409,a'=40.6591
b=74.0113,b'=15.9886
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N=4 a=65.5302だったからいい線なのではないだろうか?
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正方形の場合の解cosa=√2-1を用いて
cos(xa)+cos(a/x)={1+cos(xa)cos(a/x)+sin(xa)sin(a/x)cosA}として計算してみることはできるだろうが・・・
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しかし、設計通りには組めなかった。再考・・・
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図をきちんと描いてみると、長さをを合わせても角度が合わなくなり、
四角形や六角形はまったく変形できないことがわかりました。
ペンタグラムはどのようにも変形可能なのですが・・・
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