■五芒星と掛谷の問題(その22)
n芒星、m/n角形、m=(n-1)/2を描くために最初に用いた方法は
ポンスレーの定理から
大円R, 小円r, R=rsec(mπ/n)
であった。R=1とするとr=cos(mπ/n)
このとき小円の外接円の半径は
r=cos(mπ/n)/cos(π/n)
で与えられる。
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これでよしと思ったのだが、得られたrはやや小さい値であった。
そこで、
P(cos(2mπ/n),sin(2mπ/n))
Q(cos(4mπ/n),sin(4mπ/n))
PQとx軸との交点を求めると
x=1/{2cos(2mπ/n)-1},r=abs(x)
n=5,m=2のとき両者は一致する。
これが求めたい値であった。
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y-sin(2mπ/n)={sin(4mπ/n)-sin(2mπ/n)}/{cos(4mπ/n)-cos(2mπ/n)}・(x-coscos(2mπ/n))
y=0とおいて、
-sin(2mπ/n)={2sin(2mπ/n)cos(2mπ/n)-sin(2mπ/n)}/{2(cos(2mπ/n))^2-cos(2mπ/n)-1}・(x-cos(2mπ/n))
-1={2cos(2mπ/n)-1}/{2(cos(2mπ/n))^2-cos(2mπ/n)-1}・(x-cos(2mπ/n))
-{2(cos(2mπ/n))^2-cos(2mπ/n)-1}={2cos(2mπ/n)-1}(x-cos(2mπ/n))
-{2(cos(2mπ/n))^2-cos(2mπ/n)-1}={2cos(2mπ/n)-1}x-2(cos(2mπ/n))^2+cos(2mπ/n)
1={2cos(2mπ/n)-1}x
x=1/{2cos(2mπ/n)-1}
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1辺の長さ1の正奇数n角形を考えます。中心角の1/2をθ=π/nとする
xsinθ=1/2
高さはx+xcosθ=(1+cosθ)/2sinθ
面積n/2・xcosθ
底辺の長さ1の二等辺三角形は底角2π/n
高さhはh=1/2・tan2π/n
面積はh/2=1/4・tan2π/n
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棒の長さ:(1+cosθ)/2sinθ+1/2・tan2π/n
面積の総計:n/4/tanθ+n/4・tan2π/n
n→5,7,9,11,13,・・・
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S/L^2を計算すると
n=5: 0.587785・・・正三角形よりも大きくなってしまう
n=7: 0.73414・・・五芒星より大きくなってしまう。
n=9: 0.761569
n=11: 0.771424
n=13: 0.776126・・・この計算は正しいようである。
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