解決済み

ハイポサイクロイドは

極座標表示できませんか

教えていただきたいです

ベストアンサー

ベストアンサー

原点を OO,小円の中心を BB,デルトイドを描く小円上の点を PP とします。このとき 33 角形 OBPOBP の辺 OB,BPOB, BP の長さ,およびその間の角度は次のとおりになっています。

OB=2,BP=1,OBP=π3t OB = 2, \quad BP = 1, \quad \angle OBP = \pi - 3t

OPOP の長さを rr,偏角の大きさを θ\theta とします。


OP,BPOP, BP に対して余弦定理を使うと,

{OP2=OB2+BP22OBBPcos(OBP)BP2=OB2+OP22OBOPcos(BOP)    {r2=22+12221cos(π3t)12=22+r222rcos(tθ)    {t=13arccos(r254)t=θ+arccos(r2+34r)    θ=13arccos(r254)arccos(r2+34r)\begin{aligned}& \left\{ \begin{aligned} OP^2 &= OB^2 + BP^2 - 2OB\cdot BP \cos(\angle OBP) \\ BP^2 &= OB^2 + OP^2 - 2OB\cdot OP \cos(\angle BOP) \end{aligned} \right.\\&\quad\iff \left\{ \begin{aligned} r^2 &= 2^2 + 1^2 - 2 \cdot 2 \cdot 1 \cdot \cos(\pi - 3t) \\ 1^2 &= 2^2 + r^2 - 2 \cdot 2 r \cos(t - \theta) \end{aligned} \right.\\&\quad\iff \left\{ \begin{aligned} t &= \frac{1}{3}\arccos\left(\frac{r^2 - 5}{4}\right) \\ t &= \theta + \arccos\left(\frac{r^2 + 3}{4r}\right) \end{aligned} \right.\\&\quad\iff \theta = \frac{1}{3}\arccos\left(\frac{r^2 - 5}{4}\right) - \arccos\left(\frac{r^2 + 3}{4r}\right)。\end{aligned}

これで極座標表示はできましたが,さらに両辺に 33 を乗じ,cos\cos を適用し,加法定理を使って右辺を整理すると,

cos(3θ)=cos(arccos(r254)3arccos(r2+34r))=r4+18r2278r3\begin{aligned}& \cos(3\theta) \\&\quad= \cos\left(\arccos\left(\frac{r^2 - 5}{4}\right) - 3\arccos\left(\frac{r^2 + 3}{4r}\right)\right) \\&\quad= \frac{r^4 + 18r^2 - 27}{8r^3}\end{aligned}

となり,より簡潔な表示を得ます。

そのほかの回答(0件)

関連する質問

もっとみる