■正三角形と正方形のカンタベリー・パズル(その2)

デュドニーの問題は4切片で正三角形から正方形に移すことですが,カンタベリー・パズルには平面充填形(タイル張り)の理論が潜んでいることに気づけばその切り分け方を見いだすことができます.

 ハトメのうち2つは正三角形の2辺の中点にあり,もう一つの辺は0.982:2:1.018に内分され,その一方にハトメがついているのですが,今回のコラムでは正三角形を4つの多角形(3つの四角形と1つの直角三角形)に分割する際,辺を0.982:2:1.018に内分する作図方法を紹介します.

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【1】正三角形の分割

 デュドニーのカンタベリー・パズルでは,正三角形と正方形の面積は等しい.1辺の長さが2の正三角形の面積は3^1/2だから,同じ面積をもつ正方形の1辺の長さは3^1/4でなければならない.

 1回で正三角形から正方形に移すことは簡単ではない.しかし,中線で2つの直角三角形に分割して並べ直せば1回で1×√3の長方形を作成することができる.

 そこで,中線ではなくその位置をずらすことを考え,正三角形ABCの辺BCの中点をM,辺CAの中点をNとし,辺AB上に内分点F,Gをとり,線分FMに点Nと点Gから垂線を下ろして正三角形を分割することにする.

  A(0,3^1/2),B(−1,0),C(1,0)

  M(0,0),N(1/2,3^1/2/2)

 正三角形の周は正方形の内部に移り,正方形の周は正三角形の内部の点だけから構成されるから,正三角形の2辺の中点M,Nをとるのは正三角形の周を正方形の内部に移し,3つの頂点を1点に会させるためである.

 また,線分FMに点Nと点Gから垂線を下ろすのは4つの角をすべて直角にするためである.また,このとき,辺AB上の2点F,Gに対してFG=1となることが必要条件になる.

 BM=MC=CN=NA=1であるが,中線上にもLM=1となるような点をとり,その点を点Lとする.次に,LM=1を1辺とする正三角形を辺AB側に描き,その頂点の位置を点Kとする.

  K(−3^1/2/2,1/2)

 最後に,辺AB上に

  LM=KF=FG=1

となる点Fと点Gを求める.このとき,MNFGは平行四辺形となっている.

 AF=tとおくと

  F(−t/2,−t3^1/2/2+3^1/2)

  G(−(t+1)/2,−(t+1)3^1/2/2+3^1/2)

と表されるから,KF=1より

  t^2−3t+3−3^1/2=0

  t=(3−(4・3^1/2−3)^1/2)/2=.509015

  AF:FG:GB=t:1:(1−t)

 =1.018:2:0.982

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