■アステロイド(その35)
【1】ファウルハーバーの定理(四平方の定理)
辺(p,q,r)が1点において直交する四面体において,3つの面の面積をa,b,c,斜面の面積をdとすると
(△ABC)^2=(△OAB)^2+(△OBC)^2+(△OCA)
a^2+b^2+c^2=d^2
===================================
【2】ファウルハーバーの定理の証明
斜面の方程式は
x/p+y/q+z/r=1
したがって,原点(0,0,0)から斜面までの距離は
1/(1/p^2+1/q^2+1/r^2)^1/2
四面体の体積をVとすると
3V=d/(1/p^2+1/q^2+1/r^2)^1/2=ap=bq=cr=pqr
d^2=(pqr)^2・(1/p^2+1/q^2+1/r^2)
=(qr)^2+(rp)^2+)pq)^2
=a^2+b^2+c^2
===================================
残念ながら一定となるのは切片の平方和であって、接平面の面積ではない
切片の平方和p^2+q^2+r^2
接平面の面積a^2+b^2+c^2=(qr)^2+(rp)^2+(pq)^2
接平面の周長は2(p^2+q^2+r^2)
より、接平面の周長は一定である
===================================
接点を(x,x,x)とする。
3x^2/3=a^2/3x,27x^2~a^2,x=a/√27
切片の平方和はa^2となって一定である
3p^2=a^2,p=a/√3
接平面の面積は
d^2=3p^4,d=p^2/√3=a^2/3√3
3次元アステロイドの第1象限の表面積はこれより大きい。
===================================
さらに、外包の面積3a^2/2=a^2/(2/3)よりも大きい
しかし、表面積の決定には至らない
===================================
表面積は8象限全体で17πa^2/12→1象限分17πa^2/96・・・2/3>17π/96
体積は1象限全体で3πa^3/70である。→1象限分・・・1/6√27<3π/70<1/6
===================================