■直観幾何学研究会2023(その20)
オイラー・フースの定理を拡張する方向としては、ひとつには双心n角形のnを大きくすること,もうひとつには凸n角形の星形化を考えることである.前者はn=8まで解決済みであるが,後者すなわち星形n角形に対してもオイラー・フースもどきの定理は成り立つだろうか? 通例のn角形に対して,1頂点から始めてm個おきの頂点を結んでできる図形を星形n/m角形という.
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【1】ポンスレーの定理と楕円積分
ポンスレーの定理では楕円積分に帰着させる微分積分学的な証明が知られている.ベルトラン・ヤコビの証明である.
∫(φ,φ+π)dθ/(1−k^2sin^2θ)^1/2=nω
披積分関数は周期πの周期関数であるからφの値に依存しない.したがって,最初の点P0をどこに選ぼうとも完全な多角形環をなすというわけである.
この証明は周期2πは初期位置に依存しないというものであって,m回転後に初期位置に戻ってくるのであれば,周期2mπの楕円積分に置き換えればよい.すなわち,ポンスレーの定理は星形n/m角形に対しても成り立つと思われる.本当だろうか?
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