Malfattiの問題


あとがき

第1節,第2節は
岩田至康編 幾何学大辞典 槇書店
を必要に応じてわかりやすく書き直したものです.本稿の内容が冗長と感じる場合はこの辞典を読まれることを お勧めします.なお,できるだけ用いる文字も同じように心がけました.
第3節の三斜三円術は,内容のすばらしさに驚くばかりです.和算の問題をまじめに取り組んだのは はじめてですが,まことに驚きました.和算に対する不明を恥じ入るばかりです.

さて,次の問題は,やはり安島直円の業績で,安子変商稿と呼ばれるものです.

安子変商稿
右図のように正方形ABCDが与えられている.このとき正方形の対角線の交点Oを中心とする円(青円)で 次の条件を満たすものを求めよ.

<条件> 正方形の2辺(延長も含む)及び青円と接する2円O’(右図の2つの赤円)と青円と正方形ABCDに同時に接する円が存在する

この問題を考えましょう.安島はこの条件を満たす円を4つ作りましたが, それは次の図を見るとわかると思います.
右上図が答えの1つです.O’のとり方は3通りあり,それぞれを調べたのが下図です.
青円の周上の点をドラッグすると,円の大きさが変わります.黒円は青円および2つの赤円に接する円で, それが正方形に接すればそれが求めるものです.図2では条件を満たす円はありませんが,図1,3にそれぞれ 2つずつ条件を満たす円があることがわかります.


図1


図2


図3



誠にすばらしい問題です.パソコンで図示して調べれば比較的簡単に解決しますが,図をかいて解こうとすると難問です. 安島の才能には驚くばかりです.


第4節は,三角形を与えたとき,その内部に含まれる互いに外接する3円の性質を調べようと計算したものです.
例えば,この3円の面積の和が極大または極小にするものである等の性質があれば,逆にその3円から 元の三角形の性質を見つけ,安島三角形の性質を何か見つけることができるかもしれないと考えたのですが,実験してみると, △ABCに含まれる3円で,その面積の和が最大のものは内接円と角と内接円に接する3円のうちの大きい2円という つまらない場合です. 極小値にもなりません.計算結果だけ載せたものであまり意味はありません.


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