この記事では, 以下のような問題について考えてみます.
マーカーコーン
計算が割と多くなってしまいますが, 面白いと思うので, 最後まで読んでいただけたら幸いです.
まず, 簡単のため, 座標空間で, コーンの下部の円を
また, 太陽光は平行光線で, 向きは
これは, 上部の円の左端を通った光が下部の円の右端に着くような向きです. もう夕暮れですね.
このような平面は, 円錐の頂点が
と書けます.
上部の円周上の点
光線の
と書けます.
従って, 交点は
これは, 上部の円の縁の影が
と, その前にまずは影の縁
とわかります.
次に,
すると,
K'
また,
即ち, 極座標のように表せば, 点
以上より,
もう一度
ですから, この楕円の式は
となります.
頑張って計算すると, 焦点のひとつは原点であることがわかるので, 楕円の極座標表示の公式(?)(私は覚えていません)から,
と, とても綺麗に表せることがわかります.
これを各点に対し
となることがわかりました!
C'
ということで, 結局, 楕円の一部だったのですね.
これは, もしかして円錐曲線ということで, 自明なことなのでしょうか? 平面で切っているわけではないので(上部の穴を通った光線は楕円柱の形になるので), そこまで自明ではないと信じたいですね...
せっかく式を求めたのに, 楕円であることが自明だと言われてしまうと悔しいので, 影の面積
極座標表示で動径の掃く微小面積は
となります.
最後に,
これは,
と計算できました.
以上より,
と求められました!!!
(たぶん)非自明そうな結果が得られてよかったです. 楕円柱と円錐の交わりが楕円であるということですからね.
また, なかなか解きごたえのある積分もでてきて面白かったです. これ実は, こんな計算をしなくても, 楕円であるということから結構簡単に面積は求まるのですけれど...💦
まあそこは趣味で積分をしたということにさせてください.
ということで, かなり長くなってしまいましたが, ここまで読んで下さった方, 本当にありがとうございました.