
M 1、M 2 を中心とする2つの円
サンプル点P を持つ根軸
両円からPまでの接線距離
根軸上のどの点でも接線の長さは等しくなければなりません。P 、T 1、T 2が共通の接線上にある場合、 Pは の中点です。

ユークリッド幾何学において、二つの非同心円の根軸とは、二つの円に対する冪が等しい点の集合である。このため、根軸は二つの円の冪線または冪二等分線とも呼ばれる。詳細は以下の通りである。
中心がそれぞれM 1、M 2、半径がそれぞれr 1、r 2である2つの円c 1、c 2について、点Pのこれらの円に対するべき乗は

点Pが根軸に属する場合、

円が2点を共有する場合、根軸は円の共通割線となります。 点Pが円の外側にある場合、Pは両方の円に対して等しい接線距離を持ちます。 半径が等しい場合、根軸はM 1、M 2の線分の二等分線となります。 いずれの場合も、根軸はM 1 、M 2 に垂直な直線となります。
- 表記について
ラジカル軸という用語は、フランスの数学者M.シャスルによって斧ラジカルとして使われました。[ 1 ] JVポンスレはchorde idealeという用語を使用しました。[ 2 ] J.プリュッカーはChordaleという用語を導入しました。[ 3 ] J.シュタイナーはラジカル軸を等力線(ドイツ語:Linie der gleichen Potenzen )と呼び、これがべき乗線(Potenzgerade )という用語につながりました。[ 4 ]
プロパティ
幾何学的形状とその位置
点の位置ベクトルをとします。すると、根号直線の定義方程式は次のように表されます。 


定義と計算 
正しい方程式から得られるものは
- 根軸の点集合は実際には直線であり、円の中心を通る直線に垂直です。
(は根軸に対する法線ベクトルです!) 
この式を で割ると、ヘッセ行列の正規形が得られる。中心の位置ベクトルを代入すると、中心から根軸までの距離が得られる。 
、- と。

(が の間にない場合は負になることがあります。) 


円が2点で交差する場合、根号線は共通点を通ります。円と円が互いに接しているだけの場合、根号線は共通接線となります。
特別なポジション
根軸:バリエーション- 交差する 2 つの円の根軸は、それらの共通の割線です。
- 二つの接する円の根軸はそれらの共通接線です。
- 交差しない 2 つの円の根軸は、2 つの便利な等角円の共通正割です (下記の「直交円」を参照)。
直交円
接線の接点は直交円(緑)上にある。
- 円の外点と2つの接点に対して、方程式は成立し、中心と半径 の円上に存在します。円は2つの円と直交します。したがって、










- が根軸の点である場合、4 つの点は円 上にあり、円 は与えられた円と直交します。




- 根軸は、与えられた円と直交するすべての円の中心で構成されます。
直交円のシステム
前のセクションで説明した、与えられた2つの円と直交する円束の構築方法は、2つの直交する円のシステムの構築に拡張できます。[ 5 ] [ 6 ]
前のセクションと同様に、2つの離れた円をそれぞれ中心と半径とし、を根軸とします。ここで、直線を根軸とするすべての円の中心は、直線上に決定されます。もしがそのような円で、その中心から中心までの距離が で半径がであるとき、前のセクションの結果から、次の式が得られます 。









どこが固定されているか。
この式は次のように書き直すことができます。 
。
直交円のシステム:構築半径が与えられている場合、この式から新しい中心の(固定された)根軸までの 距離が求められます。図では、新しい円の色は紫色です。緑色の円はすべて根軸上に中心を持ち、円と直交するため、すべての新しい円(紫色の円)とも直交します。根軸(赤い線)を-軸、直線を-軸とすると、2つの円束の式は次のようになります。 





- 紫:

- 緑:

(点は緑色の円の中心です。) 
特性:a)任意の2つの緑色の円は、直交円系の極である点 で -軸上で交差します。つまり、 -軸は緑色の円の根軸です。b )紫色の円には共通点がありません。しかし、実平面を複素平面の一部と見なすと、任意の2つの紫色の円は、共通の根軸である -軸上で点 で 交差します。 




放物線直交系
同軸円:種類特殊なケース:a)緑の円が原点で - 軸を共通接線として接し、紫色の円も - 軸を共通接線として接している場合 。このような円系は共軸放物線円と呼ばれます(下記参照)。b )中心、つまり に縮小すると、方程式はより単純な形になり、 となります 。 






結論:a)任意の実数円の束 

- には次の性質があります: -軸は の根軸です。


- 円が点で交差する場合。



- 共通点がない場合。

- の場合、それらは で接し、-軸はそれらの共通接線です。



b)任意の実数に対して、2本の円の束 


- 直交する円の系を形成します。つまり、任意の2つの円は直交して交差します。

c) b)の方程式から、座標フリー表現が得られます。
与えられた極に対する円の直交系
- 与えられた点、その中点、線分の二等分線に対して、 2つの方程式




では との間ではなく 、 との間




- システムの極が一意に決定される円の直交システムを説明します。

- システムの軸を規定する必要がある。システムは放物線状である。


ずっと続きます 。



定規とコンパスを使った作図:
円の直交系:定規とコンパスによる作図直交円の系はその極によって一意に決定されます。 
- 軸(根軸)は直線と極の線分の二等分線です。


- から までの円(図の緑色)は、 中心が にあります。簡単に描くことができます。点の半径は です。




- 2 本目の鉛筆 (図の青色) で中心を とする円を描くには、ピタゴラスの定理を適用して半径を決定する必要があります(図を参照)。




軸を追加で選択する必要がある 場合、システムは放物線状であり、簡単に描画できます。
同軸円
定義とプロパティ:
2つの円とそのべき乗関数を仮定する。任意の



は円の方程式である(下記参照)。このような円のクラスは、円によって生成される共軸円系と呼ばれる。(この場合、方程式は の根軸を記述する。)[ 7 ] [ 8 ]



のべき乗関数は 
。
のノルム方程式( の係数は)は です。 



簡単な計算で次のようになります。
と同じ根軸を持ち、

を無限遠まで移動させることで、と が共軸円のシステムのメンバーであることがわかります。 



(E):が2 点 で交差する場合、 は任意の円 の点となり、直線 はそれらの共通根軸となります。このような系は楕円系と呼ばれます。(P):と がで接する場合、系の任意の円は点と の両方に で接します。共通接線がそれらの共通根軸となります。このような系は放物系と呼ばれます。(H):と に共通点がない場合、系の任意の円のペアについても同様です。任意の円のペアの根軸は、および の根軸です。この系は双曲系と呼ばれます。 














詳細:
次のような座標を導入する

、
その場合、-軸はそれらの根軸になります (上記参照)。 
べき乗関数を計算すると、ノルム円方程式が得られます。 

平方完成して(中心の -座標)を代入すると、方程式の中心形が得られる。 

。
円が2点で交差する とき


そして同軸円のシステムは楕円形です。
の場合 、円は 共通点を持ち、システムは放物線状です。 


円に共通点がなく、システムが双曲型である場合。 

代替方程式:1)共軸円系の定義方程式では、べき乗関数の倍数も使用できます。2 )円の1つの方程式を、目的の根軸の方程式に置き換えることができます。根軸は、無限大の半径を持つ円と見なすことができます。例えば、次のようになります。

、
最初の円と直線を 根軸とするすべての円を表します。3 ) 2つの円が等しい状態を表すために、次の形式がよく使用されます。 

しかし、この場合、パラメータによる円の表現は一意ではありません。 
応用:a)円の反転とメビウス変換は角度と一般化された円を保存する。したがって、円の直交系はこれらの写像の研究において重要な役割を果たす。[ 9 ] [ 10 ] b)電磁気学では、同軸円は磁力線として現れる。[ 11 ]
3つの円の根心、根軸の構築
3 つの円の根心緑色の円は 3 つの円と直交します。3つの円があり、そのうち2つが同心円でない場合、3つの根軸が存在します。これらの円の中心が同一直線上にない場合、それらの根軸は共通点(3つの円の根中心)で交差します。中心が にある2つの円に直交する円は、 3つ目の円(根軸円) に直交します。



- 証明。根軸は、円 に対して等しい接線距離を持つすべての点を含みます。との交点は、3つの円すべてに対して等しい接線距離を持ちます。したがって、も根軸上の点です。







- この性質により、中心が である交差しない2つの円の根軸を描くことができます。与えられた中心と直線ではなく、 と交差する3つ目の円を描きます。根軸を描くことができます。それらの交点は3つの円の根中心であり、 上にあります。に垂直な直線が を通る線分が根軸です 。










追加構築方法:
等しい力を持つ円による根軸の構築。これは成り立ちます。

与えられた円に対して同じ力を持つすべての点は、と同心円上にあります。これを等力円と呼びます。この性質は、2つの円の根軸の追加の作図法にも利用できます。 

交差しない2つの円 に対して、に関して同じべき乗を持つ2つの等べき円 を描くことができます(図を参照)。詳細:べき乗が十分に大きい場合、2つの円は 根軸 上にある2つの共通点を持ちます。 





双極座標との関係
一般に、互いに交わらず同心円でない任意の2つの円は、双極座標系の円と一直線に並べることができます。その場合、根軸は単にこの座標系の - 軸となります。座標系の2つの焦点を通る軸上のすべての円は、2つの円と直交します。すべての円の中心が与えられた直線上にあり、すべての円のペアが同じ根軸を持つような円の最大の集合は、同軸円束と呼ばれます。 
三線座標における根基中心
円を通常の方法で三線座標系で表す場合、その根心は特定の行列式として便宜的に与えられます。具体的には、辺の長さがである三角形の平面上の変数点を とすると、円は次のように表されます。 





根心は点である

根平面と超平面
3次元における2つの非同心球の根軸平面も同様に定義されます。根軸平面は、2つの球の接線の長さが同じになる点の軌跡です。 [ 12 ] この軌跡が平面であるという事実は、根軸が直線であるという事実から3次元での回転によって生じます。
同じ定義は、任意の次元のユークリッド空間内の超球面にも適用でき、 2 つの非同心超球面の 根基超平面が得られます。
注記
- ^ Michel Chasles、CH Schnuse: Die Grundlehren der neuern Geometrie、erster Theil、Verlag Leibrock、ブラウンシュヴァイク、1856 年、p. 312
- ^フィッシャー博士: Lehrbuch der Analytische Geometrie、ダルムシュタット、1851 年、Verlag Ernst Kern、p. 67
- ^ H. Schwarz: Die Elemente der Analytischen Geometrie der Ebene、Verlag HW Schmidt、ハレ、1858 年、p. 218
- ^ヤコブ・シュタイナー: Einige geometrische Betrachtungen。掲載: Journal für die reine und angewandte Mathematik、バンド 1、1826、p. 165
- ^ A. Schoenfliess、R. Courant: Einführung in die Analytische Geometrie der Ebene und des Raumes、Springer-Verlag、1931 年、p. 113
- ^ C. Carathéodory: Funktionentheorie、Birkhäuser-Verlag、バーゼル、1961、ISBN 978-3-7643-0064-7、p. 46
- ^ダン・ペドー著『 Circles: A Mathematical View』アメリカ数学会、2020年、ISBN 9781470457327、16ページ
- ^ R. ラクラン著『現代純粋幾何学に関する初等的論文集』マクミラン社、ニューヨーク、1893年、200ページ
- ^ Carathéodory: Funktionentheorie、p. 47.
- ^ R. Sauer: Ingenieur-Mathematik: Zweiter Band: Differentialgleichungen und Funktionentheorie、Springer-Verlag、1962 年、ISBN 978-3-642-53232-0、p. 105
- ^ Clemens Schaefer: Elektrodynamik und Optik、Verlag: De Gruyter、1950、ISBN 978-3-11-230936-0、p. 358.
- ^ Merriam–Websterオンライン辞書を参照。
参考文献
さらに読む
外部リンク