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日経サイエンスは米国の科学雑誌「SCIENTIFIC AMERICAN」の日本版です。

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   算額の問題8の答え

空間における反転法を使う。2つの球O1とO2の接点を中心 とし,平行平面に反転する。このとき,S1(i=1,2,....,n)は大きな球の反転である球を取り巻き2つの平行平面に接する球の鎖となる。この平行2平面の中間にさらに平行平面を考え,これとこれらの球の切り口を考えると1つの円を囲んで同じ半径の 円が取り巻いていることになる。これらは6個に限ることは明らかである。すなわち答えは6個である。

 さらに反転の性質より,反転された図形で4個の円の中心On(tn)(n=1,2,3,4) が長方形を作るときは元の円の半径について逆数の和が等しい。したがって,次の関係式が成り立つ。

 この問題はソディーの「六球連鎖」の定理として有名である。Frederic Soddy(1877-1956)が1936年に発表した定理だが,和算家はそれより約100年前の1822年にすでに神奈川県の算額に発表していた。
 和算家の解法では,空間におけるデカルトの定理を利用しているが,これ自体が複雑かつ難解なのでここでは反転法を用いた。この空間におけるデカルトの定理は現代でも非常に難しく,これを和算家が得ていたことは非常な驚きである。しかもその証明に約10 頁を費やして木版出版しているのである。

 反転法や和算家が使った空間におけるデカルトの定理については,『日本の幾何学』(深川秀俊・Dan Pedoe著,森北出版)を参照のこと。


図版: Brian Christie

 

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