■球面鏡と放物面鏡(その38)

【1】バスドアの包絡線

 長さaの線分の一端がx軸上に,他端がy軸上にあるとき,

[1]個の線分の中点の軌跡は円

  x^2+y^2=(a/2)^2

[2]この線分の包絡線はアステロイド

  x^2/3+y^2/3=a^2/3

  x=(acosθ)^3

  y=(asinθ)^3

になることはよく知られている.

 バスの自動折りたたみ式ドアのリンク機構を考えると,その包絡線の前半(45°まで)は円,後半はアステロイドが連続した曲線になっていることが理解される.

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【2】シムソン線の包絡線

 三角形ABCの外接円上に点Pをとり,点Pから3辺(またはその延長)に下ろした垂線の足を点D,E,Fとする.この3点は同一直線(シムソン線)上にある.シムソン線の包絡線はデルトイドを描く.

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【3】ルーレット曲線

 定円(または定直線)に接して,動円が滑らずに転がるとき,動円上に固定された点の描く軌跡がルーレット曲線である.たとえば,定直線に接して,動円が滑らずに転がるとき,動円の円周上に固定された点の描く軌跡はサイクロイドとなる.

[1]サイクロイド

  x=θ−sinθ

  y=1−cos

の弧長Lは8,面積Sは3πである.θは偏角ではないので

  S=1/2∫{r(θ)}^2dθ

とはならないことに注意されたい.

[2]カージオイドではL=16,S=6π

[3]デルトイド

  x=2cosθ+cos2θ

  y=−2sinθ+sin2θ

と3尖点エピサイクロイド

  x=4cosθ−cos4θ

  y=4sinθ−sin4θ

で囲まれる1区間でもL=16,S=6π.

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