
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