■サイクロイドと積分・変分法(その12)

【1】固定円の同心円を使った任意等分

  大円の半径:n,小円の半径:1   (0<t<2π/n)

とする外サイクロイド

  x=(n+1)cost−cos(n+1)t

  y=(n+1)sint−sin(n+1)t

について調べてみたい.

  ∫(0,2π/n)(x’^2+y’^2)^1/2dt

 =√2(n+1)∫(0,2π/n)(1−cosnt)^1/2dt

 =2(n+1)∫(0,2π/n)sin(nt/2)dt

 =4(n+1)/n[−cos(nt/2)]=8(n+1)/n

 半弧長のm等分を考えると,

  4(n+1)/n(−cos(nt/2)+1)=4(n+1)/mn

  −cos(nt/2)+1=1/m

  cos(nt/2)=1−1/m

  r^2=x^2+y^2=(n+1)^2+1−2(n+1)cosnt=(n+1)^2+1−2(n+1){2cos^2(nt/2)−1}=(n+1)^2+1−2(n+1)(1−4/m+2/m^2)

 たとえば,2等分する場合,

  r^2=(n+1)^2+1+(n+1)

  t=2/n・arccos(1−1/m)=2π/3n

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