算額(その994)

算額(その994)

一〇一 大宮市高鼻町 氷川神社 明治31年(1898)

埼玉県立図書館:埼玉県史料集 第二集『埼玉の算額』,昭和44年,誠美堂印刷所,埼玉県与野市.

正方形の中に楕円 2 個と,楕円の中に等円をそれぞれ 3 個入れる。等円の直径が 1 寸のとき,正方形の一辺の長さはいかほどか。

正方形の一辺の長さを 2a
等円の半径と中心座標を r, (x, b), (0, 2b - r); b = a/2
とおき,以下の連立方程式を解く。

eq2 は「算法助術」の公式84による。

include("julia-source.txt");

using SymPy

@syms a::poitive, b::positive, r::positive, x::positive
b = a/2
eq1 = x^2 + (2b - r - b)^2 - 4r^2
eq2 = (a^2 - b^2)*(b^2 - r^2)/b^2 - x^2
res = solve([eq1, eq2], (a, x))[1]

   (3*r, sqrt(15)*r/2)

楕円の長半径 a は等円の半径 r の 3 倍である。
等円の直径が 1 寸のとき,楕円の長径は 3 寸である。

function draw(more=false)
   pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   r = 1/2
   (a, x) = (3*r, sqrt(15)*r/2)
   b = a/2
   @printf("等円の直径が %g のとき,正方形の一辺の長さは %g である。\n", 2r, 2a)
   plot([a, a, -a, -a, a], [-a, a, a, -a,  -a], color=:green, lw=0.5)
   ellipse(0, b, a, b, color=:blue)
   ellipse(0, -b, a, b, color=:blue)
   circle22(0, 2b - r, r)
   circle4(x, b, r)
   if more        
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       hline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       vline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       point(a, 0, " a", :green, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(0, 2b, " 2b", :green, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(x, b, "等円:r,(x,b)", :red, :center, :bottom, delta=delta)
       point(0, 2b - r, "等円:r,(0,2b-r)", :red, :center, :bottom, delta=delta)
   end
end;

氷川神社の算額

算額(その987)

一〇一 大宮市高鼻町 氷川神社 明治31年(1898)

埼玉県立図書館:埼玉県史料集 第二集『埼玉の算額』,昭和44年,誠美堂印刷所,埼玉県与野市.

外円の中に正方形 1 個,大円 2 個,小円 4 個を入れる。小円の直径が 1 寸のとき,大円の直径はいかほどか。

外円の半径と中心座標を R, (0, 0)
大円の半径と中心座標を r1
小円の半径と中心座標を r2, (x2, r2)
とおき,以下の連立方程式を解く。

include("julia-source.txt");

using SymPy

@syms R::positive, r1::positive, r2::positive, x2::positive

eq1 = x2^2 + (R - r1 - r2)^2 - (r1 + r2)^2
eq2 = r1/R - 1//2
eq3 = dist2(R, 0, 0, R, x2, r2, r2)
res = solve([eq1, eq2, eq3], (R, r1, x2))[3]

   (r2*(2*sqrt(2) + 3), r2*(2*sqrt(2) + 3)/2, r2*(sqrt(2) + 2))

大円の半径は,小円の半径の (2√2 + 3)/2 倍である。
小円の直径が 1 寸のとき,大円の直径は 2.914213562373095 寸である。

その他のパラメータは以下のとおりである。

   R = 2.91421;  r1 = 1.45711;  r2 = 0.5;  x2 = 1.70711

function draw(more=false)
   pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   r2 = 1/2
   (R, r1, x2) = (r2*(2*sqrt(2) + 3), r2*(2*sqrt(2) + 3)/2, r2*(sqrt(2) + 2))
   @printf("小円の直径が %g 寸のとき,大円の直径は %g 寸である。\n", 2r2, 2r1)
   @printf("R = %g;  r1 = %g;  r2 = %g;  x2 = %g\n", R, r1, r2, x2)
   plot([0, R, 0, -R, 0], [-R, 0, R, 0, -R], color=:black, lw=0.5)
   circle(0, 0, R)
   circle4(x2, r2, r2, :blue)
   circle22(0,r1, r1, :green)
   if more        
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       hline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       vline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       point(0, r1, "大円:r1,(0,r1)", :green, :center, delta=-delta/2)
       point(x2, r2, "小円:r2\n(x2,r2)", :blue, :center, delta=-delta/2)
       point(0, R, " R", :red, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(R, 0, " R", :red, :left, :bottom, delta=delta/2)
   end
end;

円の直径を求める算額の問題

算額(その986)

一八 大里郡岡部村岡 稲荷社 文化13年(1816)

埼玉県立図書館:埼玉県史料集 第二集『埼玉の算額』,昭和44年,誠美堂印刷所,埼玉県与野市.

正三角形の中に菱形と,甲円,乙円,丙円を入れる。正三角形の一辺の長さが 69 寸のとき,丙円の直径はいかほどか。

正三角形の一辺の長さを a
甲円の半径と中心座標を r1, x1; r1 = √3a/8, x1 = 3a/8
乙円の半径と中心座標を r2, x2
丙円の半径と中心座標を r3, x3, y3
とおき以下の連立方程式を解く。

include("julia-source.txt");

using SymPy
@syms a::positive, r1::positive, x1::positive,
     r2::positive, x2::positive,
     r3::positive, x3::positive, y3::positive
r1 = √Sym(3)*a/8
x1 = 3a/8  # √Sym(3)*r1
eq1 = (x1 - x2)^2 + (r1 - r2)^2 - (r1 + r2)^2
eq2 = (x3 - x2)^2 + (y3 - r2)^2 - (r2 + r3)^2
eq3 = (x1 - x3)^2 + (r1 - y3)^2 - (r1 + r3)^2
eq4 = x2 - √Sym(3)*r2
eq5 = dist2(0, 0, a/2, √Sym(3)*a/2, x3, y3, r3)
res = solve([eq1, eq2, eq3, eq4, eq5], (r2, x2, r3, x3, y3))[1]  # 1 of 2

   (sqrt(3)*a/24, a/8, a*(-3 + 2*sqrt(3))/16, a*(6 - sqrt(3))/32, -69*sqrt(3)*a*(32/69 - 16*sqrt(3)/23)/512)

丙円の半径は正三角形の一辺の長さの (2√3 - 3)/16 倍である。

正三角形の一辺の長さが 69 のとき,丙円の直径は 4.0028764305631315 である。

その他のパラメータは以下のとおりである。

a = 69;  r1 = 14.9389;  x1 = 25.875;  r2 = 4.97965;  x2 = 8.625;  r3 = 2.00144;  x3 = 9.20277;  y3 = 11.9368

function draw(more=false)
   pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   a = 69
   r1 = √3a/8
   x1 = √3r1
   (r2, x2, r3, x3, y3) = (√3*a/24, a/8, a*(2√3 - 3)/16, a*(6 - √3)/32, 69√3*a*(16√3/23 - 32/69)/512)
   @printf("正三角形の一辺の長さが %g のとき,丙円の直径は %g である。\n", a, 2r3)
   @printf("a = %g;  r1 = %g;  x1 = %g;  r2 = %g;  x2 = %g;  r3 = %g;  x3 = %g;  y3 = %g\n", a, r1, x1, r2, x2, r3, x3, y3)
   plot([0, a, a/2, 0], [0, 0, √3a/2, 0], color=:green, lw=0.5)
   plot!([a/2, 3a/4, a/4], [0, √3a/4, √3a/4], color=:green, lw=0.5)
   circle(x1, r1, r1)
   circle(x2, r2, r2, :blue)
   circle(x3, y3, r3, :magenta)
   if more        
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       hline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       vline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       point(a, 0, "a", :green, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(a/2, √3a/2, "(a/2,√3a/2) ", :green, :right, :vcenter)
       point(a/4, √3a/4, "(a/4,√3a/4) ", :green, :right, :vcenter)
       point(x1, r1, "甲円:r1,(x1,r1)", :red, :center, :bottom, delta=delta)
       point(x2, r2, " 乙円:r2,(x2,r2)", :blue, :left, :vcenter)
       point(x3, y3, "  丙円:r3,(x3,y3)", :magenta, :left, :vcenter)
   end
end;

算額(その986)

算額(その986)

 

一八 大里郡岡部村岡 稲荷社 文化13年(1816)

埼玉県立図書館:埼玉県史料集 第二集『埼玉の算額』,昭和44年,誠美堂印刷所,埼玉県与野市.

 

正三角形の中に菱形と,甲円,乙円,丙円を入れる。正三角形の一辺の長さが 69 寸のとき,丙円の直径はいかほどか。

正三角形の一辺の長さを a
甲円の半径と中心座標を r1, x1; r1 = √3a/8, x1 = 3a/8
乙円の半径と中心座標を r2, x2
丙円の半径と中心座標を r3, x3, y3
とおき以下の連立方程式を解く。

include("julia-source.txt");

using SymPy
@syms a::positive, r1::positive, x1::positive,
     r2::positive, x2::positive,
     r3::positive, x3::positive, y3::positive
r1 = √Sym(3)*a/8
x1 = 3a/8  # √Sym(3)*r1
eq1 = (x1 - x2)^2 + (r1 - r2)^2 - (r1 + r2)^2
eq2 = (x3 - x2)^2 + (y3 - r2)^2 - (r2 + r3)^2
eq3 = (x1 - x3)^2 + (r1 - y3)^2 - (r1 + r3)^2
eq4 = x2 - √Sym(3)*r2
eq5 = dist2(0, 0, a/2, √Sym(3)*a/2, x3, y3, r3)
res = solve([eq1, eq2, eq3, eq4, eq5], (r2, x2, r3, x3, y3))[1]  # 1 of 2

   (sqrt(3)*a/24, a/8, a*(-3 + 2*sqrt(3))/16, a*(6 - sqrt(3))/32, -69*sqrt(3)*a*(32/69 - 16*sqrt(3)/23)/512)

丙円の半径は正三角形の一辺の長さの (2√3 - 3)/16 倍である。

正三角形の一辺の長さが 69 のとき,丙円の直径は 4.0028764305631315 である。

その他のパラメータは以下のとおりである。

a = 69;  r1 = 14.9389;  x1 = 25.875;  r2 = 4.97965;  x2 = 8.625;  r3 = 2.00144;  x3 = 9.20277;  y3 = 11.9368

function draw(more=false)
   pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   a = 69
   r1 = √3a/8
   x1 = √3r1
   (r2, x2, r3, x3, y3) = (√3*a/24, a/8, a*(2√3 - 3)/16, a*(6 - √3)/32, 69√3*a*(16√3/23 - 32/69)/512)
   @printf("正三角形の一辺の長さが %g のとき,丙円の直径は %g である。\n", a, 2r3)
   @printf("a = %g;  r1 = %g;  x1 = %g;  r2 = %g;  x2 = %g;  r3 = %g;  x3 = %g;  y3 = %g\n", a, r1, x1, r2, x2, r3, x3, y3)
   plot([0, a, a/2, 0], [0, 0, √3a/2, 0], color=:green, lw=0.5)
   plot!([a/2, 3a/4, a/4], [0, √3a/4, √3a/4], color=:green, lw=0.5)
   circle(x1, r1, r1)
   circle(x2, r2, r2, :blue)
   circle(x3, y3, r3, :magenta)
   if more        
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       hline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       vline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       point(a, 0, "a", :green, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(a/2, √3a/2, "(a/2,√3a/2) ", :green, :right, :vcenter)
       point(a/4, √3a/4, "(a/4,√3a/4) ", :green, :right, :vcenter)
       point(x1, r1, "甲円:r1,(x1,r1)", :red, :center, :bottom, delta=delta)
       point(x2, r2, " 乙円:r2,(x2,r2)", :blue, :left, :vcenter)
       point(x3, y3, "  丙円:r3,(x3,y3)", :magenta, :left, :vcenter)
   end
end;

算額(その966)

算額(その966)

一七 大里郡岡部村岡 稲荷社 文化13年(1816)

埼玉県立図書館:埼玉県史料集 第二集『埼玉の算額』,昭和44年,誠美堂印刷所,埼玉県与野市.

直角三角形の中に大小の正三角形と甲円,乙円が入っている。乙円の直径が 153 寸のとき,甲円の直径はいかほどか。

大きい正三角形の一辺の長さを a
甲円の半径と中心座標を r1, (x1, r1)
乙円の半径と中心座標を r2, (r2, y2)
とする。

乙円,甲円が入っている二等辺三角形の相似比が 1:√3 であることは関係式を少し書き下せばわかり,甲円の直径も乙円の直径の √3 倍であることが導ける。

ここでは,図を各パラメータを全て求めるため,以下の連立方程式を解く。
SymPy の能力的に一度に解けないので,逐次解いてゆく。


using SymPy

@syms a::positive, r1::positive, x1::positive,
     r2::positive, y2::positive
@syms a, r1, x1, r2, y2
eq1 = dist2(0, 0, a/2, √Sym(3)a/2, r2, y2, r2)
eq2 = dist2(a, 0, a/2, √Sym(3)a/2, x1, r1, r1)
eq3 = dist2(0, a/√Sym(3), a/2, √Sym(3)a/2, r2, y2, r2)
eq4 = dist2(2a, 0, a/2, √Sym(3)a/2, x1, r1, r1);
# res = solve([eq1, eq2, eq3, eq4], (r1, x1, y2, a))

y2 を求める。

ans_y2 = solve(eq1, y2)[2]
ans_y2 |> println

   r2*(sqrt(3) + 2)

eq3 に y2 を代入し,a を求める。

eq3 = eq3(y2 => ans_y2) |> simplify;

ans_a = solve(eq3, a)[2]
ans_a |> println

   2*r2*(sqrt(3) + 2)

eq2, eq4 に a を代入し,eq2 から x1 を求める。

eq2 = eq2(a => ans_a) |> simplify;
eq4 = eq4(a => ans_a) |> simplify;

ans_x1 = solve(eq2, x1)[2]
ans_x1 |> println

   sqrt(3)*r1/3 + 2*sqrt(3)*r2 + 4*r2

eq4 に x1 を代入すれば r1, r2 だけを含む式になるので, r1 を求める(r2 を含む式になる)。

eq4 = eq4(x1 => ans_x1) |> simplify
eq4 |> println

   r1^2/3 - 8*sqrt(3)*r1*r2/3 - 4*r1*r2 + 4*sqrt(3)*r2^2 + 7*r2^2

ans_r1 = solve(eq4, r1)[2] |> sympy.sqrtdenest |> simplify
ans_r1 |> println

   sqrt(3)*r2

既知の r2 により r1 が求まったので,順次遡って以下のパラメータを得る。
   y2 = r2*(√3 + 2)
   a = 2y2
   r1 = √3r2
   x1 = √3r1/3 + a

甲円の半径 r1 は乙円の半径 r2 の √3 倍である。
乙円の直径が 153 寸のとき,甲円の直径は 153√3 = 265.00377355803823 寸である。

 

これまでの記事は 裏 RjpWiki で読めます。

 

算額(その965)

算額(その965)

一七 大里郡岡部村岡 稲荷社 文化13年(1816)

埼玉県立図書館:埼玉県史料集 第二集『埼玉の算額』,昭和44年,誠美堂印刷所,埼玉県与野市.

長方形の中に斜線,大円,小円を入れる。長方形の長辺,短辺が 6 寸,2 寸のとき,小円の直径はいかほどか。

長方形の長辺,短辺を 2a, 2b,斜線と長辺の交点座標を (c, b), (c, -b)
大円の半径と中心座標を r1, (0, 0); r1 = b
小円の半径と中心座標を r2, (a - r2, 0)
とおき,以下の連立方程式を解く。

using SymPy
@syms a::positive, b::positive, c::positive,
     r1::positive, r2::positive
r1 = b
eq1 = dist2(a, -b, c, b, a - r2, 0, r2)
eq2 = dist2(a, -b, c, b, 0, 0, r1);
res = solve([eq1, eq2], (r2, c))[2]

   ((a*b - b^2)/(a + b), b^2/a)

res[1] |> display

\displaystyle\frac{a b - b^{2}}{a + b}

res[2] |> display

\displaystyle\frac{b^{2}}{a}

小円の直径は 2b*(a - b)/(a + b) である。
長辺 a = 6/2 寸,b = 2/2 寸のとき,小円の直径は 1 寸である。

a = 6/2
b = 2/2
2b*(a - b)/(a + b)

   1.0

 

算額(その964)

算額(その964)

一七 大里郡岡部村岡 稲荷社 文化13年(1816)

埼玉県立図書館:埼玉県史料集 第二集『埼玉の算額』,昭和44年,誠美堂印刷所,埼玉県与野市.

外円の中に 6 個の正方形を入れる。それぞれの正方形の 2 つの頂点は外円の周上にあり,残りの 2 つの頂点は隣の正方形の頂点を共有する。正方形の一辺の長さが 22 寸のとき,外円の直径はいかほどか。

正方形の一辺の長さを a
外円の半径と中心座標を R, (0, 0)
とおき以下の方程式を解く。

using SymPy
@syms a::positive, R::positive
eq = (a/2)^2 + (a + a√Sym(3)/2)^2 - R^2
res = solve(eq, R)[1]
res |> println
res(a => 22).evalf() |> println

   a*sqrt(sqrt(3) + 2)
   42.5007363567190

外円の半径は正方形の一辺の長さの √(√3 + 2) 倍である。
正方形の一辺の長さが 22 寸のとき,外円の半径は 42.5007363567190 寸(直径は 85.001472713438 寸)である。