■レムニスケートの幾何学(その21)
曲線(あるいは弧長)を等分する問題を考えます.たとえば,正多角形の作図は円周等分問題という幾何学問題ですが,1796年,ガウスは19才のときに正17角形の作図を思いつきました.のみならず,nが素数の正n角形について,n=22^m+1が素数の場合に限り定規とコンパスだけで作図可能であることを発見しています.
正n角形の作図において,nは異なるフェルマー素数か2のベキ乗との積
n=2^kΠFm
でなければなりません.したがって,
[1]n=2,3,4,5,6,8,10,12,15,16,17,20,24,30 → 作図可能
[2]n=7,9,11,13,14,18,19,21,22,23,25 → 作図不可能
となって,幾何学的に解ける正奇数角形は,2^5−1=31通り,最大
3・5・17・257・65537=4294967295
角形まであります.
また,等分可能性を示すことと実際の等分点を与えることは別問題で,たとえば,円の17等分点のx座標(の2倍)は
2cos(2π/17)=1/8{−1+√17+√(34−2√17)+2√(17+3√17+√(170−26√17)−4√(34+2√17)}=1.86494
となります.
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これまで調べた曲線では
[1]任意等分可能・・・・・・直線,カージオイド,サイクロイド族
[2]2^mΠpi 等分可能・・・円,レムニスケート
[3]2^m等分可能・・・・・・r^3/2=cos(3θ/2),r^3=cos(3θ)
[4]2等分すら不可能・・・・r^5/2=cos(5θ/2),r^n/2=cos(nθ/2) (n≧6)
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