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算額(その0526)

和算図形問題あれこれ - 令和4年8月の問題-No.2

https://gunmawasan.web.fc2.com/kongetu-no-mondai.html
キーワード:円3個,半円,正方形
#Julia #SymPy #算額 #和算 #数学


正方形内に大半円,中半円,小半円,甲円,乙円,丙円が入っている。正方形の一辺の長さが 10 寸のとき,丙円の直径はいかほどか。

大半円の半径と中心座標を \(r_1,\ (x_1,\ y_1);\ r_1 = a/2;\ x_1 = 1;\ y_1 = r_1\)
中半円の半径と中心座標を \(r_2,\ (x_2,\ y_2);\ x_2 = 0;\ y_2 = a - r_2\)
小半円の半径と中心座標を \(r_3,\ (x_3,\ y_3);\ x_3 = r_3;\ y_3 = 0\)
甲円の半径と中心座標を \(r_4,\ (x_4,\ y_4)\)
乙円の半径と中心座標を \(r_5,\ (x_5,\ y_5)\)
丙円の半径と中心座標を \(r_6,\ (x_6,\ y_6)\)
とおき,以下の連立方程式を解く。

include("julia-source.txt");  # julia-source.txt ソース

using SymPy

@syms a::positive,
   r1::positive, x1::positive, y1::positive,
   r2::positive, x2::positive, y2::positive,
   r3::positive, x3::positive, y3::positive,
   r4::positive, x4::positive, y4::positive,
   r5::positive, x5::positive, y5::positive,
   r6::positive, x6::positive, y6::positive;

r1 = a/2; x1 = a; y1 = r1
x2 = 0; y2 = a - r2
x3 = r3; y3 = 0
eq1  = (x1 - x3)^2 + (y1 - y3)^2 - (r1 + r3)^2
eq2  = (x1 - x4)^2 + (y1 - y4)^2 - (r1 + r4)^2
eq3  = (x1 - x5)^2 + (y1 - y5)^2 - (r1 + r5)^2
eq4  = (x1 - x6)^2 + (y1 - y6)^2 - (r1 + r6)^2

eq5  = (x2 - x3)^2 + (y2 - y3)^2 - (r2 + r3)^2
eq6  = (x2 - x4)^2 + (y2 - y4)^2 - (r2 + r4)^2
eq7  = (x2 - x5)^2 + (y2 - y5)^2 - (r2 + r5)^2
eq8  = (x2 - x6)^2 + (y2 - y6)^2 - (r2 + r6)^2

eq9  = (x3 - x4)^2 + (y3 - y4)^2 - (r3 + r4)^2
eq10 = (x4 - x5)^2 + (y4 - y5)^2 - (r4 + r5)^2
eq11 = (x5 - x6)^2 + (y5 - y6)^2 - (r5 + r6)^2;

res = solve([eq1, eq2, eq3, eq4, eq5, eq6, eq7, eq8, eq9, eq10, eq11], (r2, r3, r4, x4, y4, r5, x5, y5, r6, x6, y6))[1]  # 1 of 2

    (3*a/8, a/3, 2*a*(-10 + 7*sqrt(3))/47, a*(23 - 2*sqrt(3))/47, a*(23 - 2*sqrt(3))/47, 2*a*(18 - 7*sqrt(3))/177, a*(81 - 2*sqrt(3))/177, a*(51/59 - 10*sqrt(3)/59), a/11, 5*a/11, 8*a/11)

丙円の半径は \(a/11\) である。
\(a = 10\) のとき,直径は \(2\cdot 10/11 = 1.8181818181818181\) である。

res[1][9] |> println

   a/11

a = 10
2a/11

   1.8181818181818181

その他のパラメータ
  \( r_2 = 3.75;\ r_3 = 3.33333\)
  \( r_4 = 0.903981;\ x_4 = 4.15657;\ y_4 = 4.15657\)
  \( r_5 = 0.663915;\ x_5 = 4.38056;\ y_5 = 5.70839\)
  \( r_6 = 0.909091;\ x_6 = 4.54545;\ y_6 = 7.27273\)
  \( 丙円の直径 = 1.81818\)

描画関数プログラムのソースを見る

function draw(more=false)
    pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   a = 10
   (r2, r3, r4, x4, y4, r5, x5, y5, r6, x6, y6) = (
       3*a/8, a/3,
       2*a*(-10 + 7*sqrt(3))/47, a*(23 - 2*sqrt(3))/47, a*(23 - 2*sqrt(3))/47,
       2*a*(18 - 7*sqrt(3))/177, a*(81 - 2*sqrt(3))/177, a*(51/59 - 10*sqrt(3)/59),
       a/11, 5*a/11, 8*a/11)
   r1 = a/2; x1 = a; y1 = r1
   x2 = 0; y2 = a - r2
   x3 = r3; y3 = 0
   @printf("r2 = %g;  r3 = %g\nr4 = %g;  x4 = %g;  y4 = %g\nr5 = %g;  x5 = %g;  y5 = %g\nr6 = %g;  x6 = %g;  y6 = %g\n", r2, r3, r4, x4, y4, r5, x5, y5, r6, x6, y6)
   @printf("丙円の直径 = %g\n", 2r6)
   plot([0, a, a, 0, 0], [0, 0, a, a, 0], color=:black, lw=0.5)
   circle(x1, y1, r1, beginangle=90, endangle=270)
   circle(x2, y2, r2, :blue, beginangle=-90, endangle=90)
   circle(x3, y3, r3, :magenta, beginangle=0, endangle=180)
   circle(x4, y4, r4, :brown)
   circle(x5, y5, r5, :green)
   circle(x6, y6, r6, :orange)
    if more
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       hline!([0], color=:black, lw=0.5)
       vline!([0], color=:black, lw=0.5)
       point(x1, y1, "r1,(x1,y1) ", :black, :right, :top, delta=-delta/2)
       point(x2, y2, " r2,(x2,y2)", :black, :left, :top, delta=-delta/2)
       point(x3, y3, " r3,(x3,y3)", :black, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(x4, y4, " r4,(x4,y4)", :black, :left, :top, delta=-delta/2)
       point(x5, y5, " r5,(x5,y5)", :black, :left, :top, delta=-delta)
       point(x6, y6, " r6,(x6,y6)", :black, :left, :bottom, delta=delta)
       point(a, a, "(a,a) ", :black, :right, :bottom, delta=delta/2)
    end
end;


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