パズル万華鏡

面白いパズルの紹介と解説をします。

コインの回転問題(13)の解

 コインの回転問題(13)の解答例を示します。

 

問題(13)の解

  半径Rの大円の中心をA、半径rの小円の中心をB、小円内の点Pの中心からの距離をhとする。点Tが接する大円の点をCとする。
最初、小円の中心Bと点Pはx軸上にあるとする。

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 大円の内部を小円が接しながらθ°回転したとする。すなわち、∠CAB=θ。
このとき、大円と小円の接点をDとする。

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 大円と小円が接する円周の長さに着目すると、

 大円の弧CDの長さ=小円の弧TDの長さ

が成り立つ。一方、

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から、R×θ=r×∠TBD が成り立つ。

 中心Bからx軸に垂線をおろしその足をHとする。
点PからBHの延長に垂線をおろしその足をQとする。

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点Pの座標を(x,y)とする。

x = AH - PQ
 = AB×sin(θ) - PB×sin(∠PBQ)
 = (R-r)×sin(θ) - h×sin(∠PBQ)

  ここで、R×θ = r×(∠TBD)、∠PBQ = ∠TBD - θ より、

 = (R-r)×sin(θ) - h×sin(R×θ/r - θ)

y = BH + BQ
 = AB×cos(θ) + PB×cos(∠PBQ)
 = (R-r)×cos(θ) + h×cos(R×θ/r - θ)
 = (R-r)×cos(θ) + h×cos(R×θ/r - θ)

(考察)R=2r,h=rとすると、x=0となる。
    すなわち、点Tの軌跡は直線を描くことがわかる。

 

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