原点を O,小円の中心を B,デルトイドを描く小円上の点を P とします。このとき 3 角形 OBP の辺 OB,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=π−3t
径 OP の長さを r,偏角の大きさを θ とします。
辺 OP,BP に対して余弦定理を使うと,
{OP2BP2=OB2+BP2−2OB⋅BPcos(∠OBP)=OB2+OP2−2OB⋅OPcos(∠BOP)⟺{r212=22+12−2⋅2⋅1⋅cos(π−3t)=22+r2−2⋅2rcos(t−θ)⟺⎩⎨⎧tt=31arccos(4r2−5)=θ+arccos(4rr2+3)⟺θ=31arccos(4r2−5)−arccos(4rr2+3)。
これで極座標表示はできましたが,さらに両辺に 3 を乗じ,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(4r2−5)−3arccos(4rr2+3))=8r3r4+18r2−27
となり,より簡潔な表示を得ます。