■ペリトロコイドからフルヴィッツ曲線へ(その9)
【5】再掲
n=4とおくとロータリーエンジンの場合の方程式が得られるように一般化してあるため,たとえば,n=3とおくと3サイクルのロータリーエンジンに対する結果となる.再度,結論をまとめておく.
中心円軌道の半径が2の場合,ローター(正n角形の内転形)は3項よりなる有限フーリエ級数
x=(n-2)cos(nt)+ncos(n-2)t-2n(n-2)sint
y=-(n-2)sin(nt)+nsin(n-2)t-2n(n-2)cost
で表すことができる.
また,その包絡線がステーターとなるが,これは4項よりなる有限フーリエ級数
X=(n-2)cos(nt-θ)+ncos{(n-2)t+θ}-2n(n-2)sin(t-θ)+2cos(n-1)θ
Y=-(n-2)sin(nt-θ)+nsin{(n-2)t+θ}-2n(n-2)cos(t-θ)+2sin(n-1)θ
において,
m=n-2
θ=(n-2)t/m+(2k+1)π/m, t=[0,2π/(n-1)], k=0,1,・・・,m-1とおくと直線部分が,
θ=-nt/m+(2k+1)π/m , t=[2π-π/(n-1),2π], k=0,1,・・・,m-1とおくと曲線部分が得られる.
n=4のとき,半径16の半円を長さ8の線分で補間した形状を備えていることがわかる.すなわち,2つの円を半径の半分だけずらしたものであることが確かめられる.
ローターが時計回転の場合は,共役問題(双対問題)といってよいが,その包絡線は正n角形の頂点が丸みを帯びた形の概n角形を描く.
X=(n-2)cos(nt+θ)+ncos{(n-2)t-θ}-2n(n-2)sin(t+θ)+2cos(n-1)θ
Y=-(n-2)sin(nt+θ)+nsin{(n-2)t-θ} -2n(n-2)cos(t+θ)+2sin(n-1)θ
において,
m=n
θ=-nt/m+2kπ/m, t=[0,2π/(n-1)], k=0,1,・・・,m-1とおくと直線部分が,
θ=(n-2)t/m+2kπ/m, t=[2π-π/(n-1),2π],k=0,1,・・・,m-1とおくと曲線部分が得られる.
n=4のとき,長さ16の線分とアステロイドの平行曲線から構成されることがわかる.
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