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三昧日記

小心者川筋男の後悔日誌

計算尺の π 切断ずらし尺の使い方

2022-11-15 09:19:31 | 日記
計算尺による乗除計算などで目外れが起こった場合,「ずらし尺」を使えばそのまま継続して計算できる。ただし,不注意に使うと誤った結果になる。ずらし尺には√10切断とπ切断の2種類があって,前者の場合は問題ないが,後者の場合に問題が生ずることがあるのである。

いくつかの説明書を調べたが,問題の生じない例題だけを取り上げており,この問題に正面から取り組んでいない。ただし,1冊のみある操作の説明で,π切断の場合はできないという注意書きがあった。しかし,これだけでは不充分で,安心してずらし尺を使えない。そこで,自分なりに「どのような場合に問題が生ずるのか」理論的に調べてみた。今回これを紹介する。

1.尺度方程式
計算尺にはいろんな尺が用意されているが,今回対象とするのは,
DF [ CF, CIF, CI, C ] D
の尺である。[ ] 内の尺は中尺(滑尺)である。それぞれの尺の左基線からの距離(長さ)Lは以下の各方程式で表される。ただし,ずらし尺の場合(DF, CF, CIF)はπ切断に限る。μは尺度係数と呼ばれ,尺の全長を表す。

DF尺,CF尺: L = μ(logx - logπ)
CIF尺: L = μ{log(10/π) - logx}
CI尺: L = μ(1 - logx)
C尺,D尺: L = μlogx

2.計算手順の場合分け
ずらし尺を使った乗算の手順をつぎのとおりのパタンに分ける。
P1. D×CF→DF(カーソル解法)
P2. D×CIF→DF(基線解法)
P3. DF×CF→D(カーソル解法)
P4. DF×CIF→D(基線解法)
ここでカーソル解法というのは,たとえば(1)の場合,D尺の被乗数xに中尺の基線を合わせ,カーソルをCF尺の乗数yに持って行けば,カーソル線の下のDF尺の値が積zとして得られる操作方法。

一方,基線解法というのは,たとえば(2)の場合,カーソルをD尺の被乗数xに合わせ,そのカーソル線にCIF尺の乗数yに合わせれば,中尺基線に一致するDF尺の値が積zとして得られる操作法。

なお,除算については省略する。結果は乗算と同様である。(ご要望があれば後日紹介するかも知れない。)

3.尺度方程式による検証
P1. L(DF) = L(D) + L(CF) から
μ(logz-logπ) =μlogx +μ(logy-logπ)
logz-logπ= logx +logy-logπ
logz = logx + logy = log(x×y)
真数のみを取り出せば
z = x×y
よって,P1の手順で正しい答が得られる。

P2. L(DF) = L(D) +{L-L(DIF)}から,(以下,
μ=1として数式を簡素にする)
(logz-logπ) = logx + {1-(log10/π- logy)}
logz-logπ = logx + 1-log10 + logπ + logy
log10 = 1であるから
logz = logx+ logy + 2 logπ= log(x×y×π^2)
真数で考えると
z = x×y×π^2 (^2は2乗を表す)
となり,本来の積にπ^2がかかっている。よって,正しい答は得られない。

P3. L(D) = L(DF) + L(CF)から
logz = logx-logπ+ logy-logπ
= log(x×y/π^2)
よって,正しい答は得られない。

P4. L(D) = L(DF)+{L-L(CIF)}から,
logz = logx-logπ+{1-log(10/π) + logy}
= logx-logπ + 1-log10 + logπ + logy
= log(x×y)
よって,正しい答が得られた。

4.結論
       手順      結果
P1. D×CF→DF(カーソル解法)  正
P2. D×CIF→DF(基線解法)   否
P3. DF×CF→D(カーソル解法)  否
P4. DF×CIF→D(基線解法)   正
D尺に対してはカーソル解法,DF尺に対しては基線解法の場合のみ正解が得られる。

通常の計算はC尺とD尺との間で行われる。このとき目外れ(カーソルを動かす先が固定尺の外に出ている状態,つまりカーソルを合わせられない)が生じたときにずらし尺を使うことに限定すれば問題ない。また,ずらし尺を使ったらすぐまたずらし尺を使って元(D尺)に戻すことが肝要。

計算尺をお持ちの方は現物で確かめながらお読みいただけたら,と思います。

参考文献
① ヘンミサークル:「計算尺ハンドブック」,ヘンミ計算尺(株),1962
② 金田数正:「便利なCF・DFによる計算尺の使い方」,内田老鶴圃新社,1964
③ リコー計算器(株):「リコー計算尺ポケット解説書」,リコー計算器(株),1960?
④ ヘンミ計算尺(株):「ヘンミ計算尺使用説明書」,ヘンミ計算尺(株),1963?
以上

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