裏 RjpWiki

Julia ときどき R, Python によるコンピュータプログラム,コンピュータ・サイエンス,統計学

算額(その624)

2024年01月09日 | Julia

算額(その624)

和算図形問題あれこれ
https://gunmawasan.web.fc2.com/kongetu-no-mondai.html

正方形を 2 本の斜線で区切り,大円 2 個と,小円 2 個を入れる。大円,小円の直径がそれぞれ 7 寸,2 寸のとき,正方形の一辺の長さはいかほどか。

説明のために示した上の図は,大円と中円の直径が 3寸,2寸のときのものである。
正方形の一辺の長さを a, 斜線と左右の辺との交点座標を (0, b), (a, a - b) とおく。
大円の半径と中心座標を r1, (r1, r1)
小円の半径と中心座標を r2, (a - r2, r2)
とおき,以下の連立方程式を解く。

include("julia-source.txt");
# julia-source.txt ソース https://blog.goo.ne.jp/r-de-r/e/ad3a427b84bb416c4f5b73089ae813cf

using SymPy

@syms a::positive, b::positive, r1::positive, r2::positive
(r1, r2) =  (7, 2) .// 2
eq1 = distance(0, b, a, a - b, r1, r1) - r1^2
eq2 = distance(0, b, a, a - b, a - r2, r2) - r2^2
res = solve([eq1, eq2], (a, b))

   2-element Vector{Tuple{Sym, Sym}}:
    (12, 21/2)
    (12, 14)

最初の組のものが適解である。
大円と中円の直径が 7寸,2寸のとき,正方形の一辺の長さは 12, b = 21/2 である。
下図のようになる。上の説明のための図とは大違いである。

function draw(more=false)
   pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   (r1, r2) = (7, 2) .// 2
   (a, b) = (12, 21/2)
   @printf("正方形の一辺の長さ = %g;  b = %g\n", a, b)
   plot([0, a, a, 0, 0], [0, 0, a, a, 0], color=:black, lw=0.5, xlims=(-0.6, 13.7), ylims=(-0.6, 12.5))
   circle(r1, r1, r1)
   circle(a - r1, a - r1, r1)
   circle(r2, a - r2, r2, :blue)
   circle(a - r2, r2, r2, :blue)
   segment(0, b, a, a - b)
   segment(a - b, a, b, 0)
   if more
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       vline!([0], color=:black, lw=0.5)
       hline!([0], color=:black, lw=0.5)
       point(r1, r1, "大円:r1,(r1,r1)", :red, :center, delta=-delta/2)
       point(a - r2, r2, "小円:r2,(a-r2,r2)", :blue, :center, delta=-delta/2)
       point(a, a - b, " (a,a-b)", :black, :left, :vcenter)
       point(0, b, "b ", :black, :right, :vcenter)
       point(0, a, "a ", :black, :right, :vcenter)
       point(a, 0, "a", :black, :center, delta=-delta/2)
   end
end;

 

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算額(その623)

2024年01月09日 | Julia

算額(その623)

和算図形問題あれこれ
https://gunmawasan.web.fc2.com/kongetu-no-mondai.html

正方形内に斜線を引き,5 個の等円を並べる。等円の直径が 1 寸のとき,正方形の辺の長さ,斜線の長さはいかほどか。

正方形の辺の長さを a, 斜線と正方形の辺の交点座標を (b, 0), (0, c) とおく。
等円の半径と中心座標を r, (r, a - r), (x1, y1), (x2, y2), (a - 3r, r), (a - r, r)
とおき,以下の連立方程式を解く。

なお,中心座標が (r, a - r), (a - 3r, r) の 2 個の等円の中心間の距離についての方程式 (a - 4r)^2 + (a - 2r)^2 = 36r^2 を解けば等円の半径が r のとき,正方形の辺の長さは a = r*(3 + sqrt(17)) であることは容易にわかる。つまり,r = 1/2  なら a = 3.5615528128088303 である。
ただし,このようにして a を求めても b, c は簡単には求まらないし,図を描くときのために (x1, y1), (x2, y2) も求めるとすれば,以下の 7 元連立方程式を解くほうが簡単である。

r = 1/2
r*(3 + sqrt(17))

   3.5615528128088303

include("julia-source.txt");
# julia-source.txt ソース https://blog.goo.ne.jp/r-de-r/e/ad3a427b84bb416c4f5b73089ae813cf

using SymPy

@syms a::positive, b::positive, c::positive, r::positive,
     x1::positive, y1::positive, x2::positive, y2::positive
r = 1//2
eq1 = (x1 - r)^2 + (a - r - y1)^2 - 4r^2
eq2 = (x2 - x1)^2 + (y1 - y2)^2 - 4r^2
eq3 = (a - 3r - x2)^2 + (y2 - r)^2 - 4r^2
eq4 = distance(b, 0, 0, c, r, a - r) - r^2
eq5 = distance(b, 0, 0, c, x1, y1) - r^2
eq6 = distance(b, 0, 0, c, x2, y2) - r^2
eq7 = distance(b, 0, 0, c, a - 3r, r) - r^2;

# res = solve([eq2, eq3, eq4, eq5, eq6, eq7], (a, b, c, x1, y1, x2, y2));

using NLsolve

function nls(func, params...; ini = [0.0])
   if typeof(ini) <: Number
       r = nlsolve((vout, vin) -> vout[1] = func(vin[1], params..., [ini]), ftol=big"1e-40")
       v = r.zero[1]
   else
       r = nlsolve((vout, vin)->vout .= func(vin, params...), ini, ftol=big"1e-40")
       v = r.zero
   end
   return v, r.f_converged
end;

function H(u)
   (a, b, c, x1, y1, x2, y2) = u
   return [
       (x1 - 1/2)^2 + (a - y1 - 1/2)^2 - 1,  # eq1
       (-x1 + x2)^2 + (y1 - y2)^2 - 1,  # eq2
       (y2 - 1/2)^2 + (a - x2 - 3/2)^2 - 1,  # eq3
       (-b*(-2*a*c + b + 2*c^2 + c)/(2*(b^2 + c^2)) + 1/2)^2 + (a - c*(2*a*c + 2*b^2 - b - c)/(2*(b^2 + c^2)) - 1/2)^2 - 1/4,  # eq4
       (-b*(b*x1 + c^2 - c*y1)/(b^2 + c^2) + x1)^2 + (-c*(b^2 - b*x1 + c*y1)/(b^2 + c^2) + y1)^2 - 1/4,  # eq5
       (-b*(b*x2 + c^2 - c*y2)/(b^2 + c^2) + x2)^2 + (-c*(b^2 - b*x2 + c*y2)/(b^2 + c^2) + y2)^2 - 1/4,  # eq6
       (-c*(-2*a*b + 2*b^2 + 3*b + c)/(2*(b^2 + c^2)) + 1/2)^2 + (a - b*(2*a*b - 3*b + 2*c^2 - c)/(2*(b^2 + c^2)) - 3/2)^2 - 1/4,  # eq7
   ]
end;
r = 1/2
iniv = BigFloat[3.54, 1.71, 2.79, 0.96, 2.14, 1.54, 1.29]
res = nls(H, ini=iniv)

   (BigFloat[3.561552812808830274910704927987038512573599612686810217199316786547477173168936, 1.780776406404415137455352463993519256286799806343405108599658393273738586584675, 2.921164609606622706183028695990278884430199709515107662899487589910607879873015, 1.020517604269610091636901642662346170857866537562270072399772262182492391055713, 2.207701875205886849940469951991359008382399741791206811466211191031651448778865, 1.54103520853922018327380328532469234171573307512454014479954452436498478211229, 1.353850937602943424970234975995679504191199870895603405733105595515825724389432], true)

正方形の一辺の長さは 3.56155 寸,斜線の長さは = sqrt(b^2 + c^2) = 3.42116 寸である。

その他のパラメータは以下の通り。
a = 3.56155;  b = 1.78078;  c = 2.92116;  x1 = 1.02052;  y1 = 2.2077;  x2 = 1.54104;  y2 = 1.35385

function draw(more=false)
   pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   r = 1/2
   (a, b, c, x1, y1, x2, y2) = res[1]
   斜線 = sqrt(b^2 + c^2)
   @printf("正方形の一辺の長さ = %g;  斜線の長さ = %g;  a = %g;  b = %g;  c = %g;  x1 = %g;  y1 = %g;  x2 = %g;  y2 = %g\n",
       a, 斜線, a, b, c, x1, y1, x2, y2)
   plot([0, a, a, 0, 0], [0, 0, a, a, 0], color=:black, lw=0.5, xlims=(-0.2, 3.7), ylims=(-0.2, 3.7))
   circle(r, a - r, r, :blue)
   circle(x1, y1, r, :blue)
   circle(x2, y2, r, :blue)
   circle(a - 3r, r, r, :blue)
   circle(a - r, r, r, :blue)
   segment(0, c, b, 0, :green)
   if more
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       vline!([0], color=:black, lw=0.5)
       hline!([0], color=:black, lw=0.5)
       point(r, a - r, "(r,a-r)")
       point(x1, y1, "(x1,y1)")
       point(x2, y2, "(x2,y2)")
       point(a - 3r, r, "(a-3r,r)")
       point(a - r, r, "(a-r,r)")
       point(a, 0, " a", :black, :left, :top, delta=-delta/2)
       point(b, 0, " b", :green, :left, :top, delta=-delta/2)
       point(0, a, "a ", :black, :right, :vcenter)
       point(0, c, "c ", :green, :right, :vcenter)
   end
end;

 

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算額(その622)

2024年01月09日 | Julia

算額(その622)

和算図形問題あれこれ
令和 2 年 12 月の問題 - No.2?
飯塚文庫『関流叚書見題部円類五十問本書』より

https://gunmawasan.web.fc2.com/kongetu-no-mondai.html

正方形内に斜線を引き,甲円,乙円,丙円を入れる。正方形の一辺の長さが 1 寸のとき,甲円の直径はいかほどか。

正方形の一辺の長さを a
甲円の半径と中心座標を r1, (r1, r1)
乙円の半径と中心座標を r2, (a - r2, a - r2)
丙円の半径と中心座標を r3, (r3, a - r2)
斜線の y 切片の座標を (0, b)
とおき,以下の連立方程式を解く。

乙円と丙円の半径と中心座標の間の関係を表す 2 つの式は同等の条件を表現しているので,どちらを使っても方程式は解ける。しかし,今回の場合は方程式1 を使うと SymPy は 'NotImplementedError' を起こしてしまい,解が求まらない。方程式2 を使えば解ける。

方程式1: (a - r2 - r3)^2 + (r2 - r3)^2 = (r2 + r3)^2
方程式2: a - r2 - r3 = sqrt((r2 + r3)^2 - (r2 - r3)^2)

include("julia-source.txt");
# julia-source.txt ソース https://blog.goo.ne.jp/r-de-r/e/ad3a427b84bb416c4f5b73089ae813cf

using SymPy

@syms r1::positive, r2::positive, r3::positive, a::positive, b::positive
@syms r1, r2, r3, a, b

a = 1
eq1 = (a - r2 - r3)^2 + (r2 - r3)^2 - (r2 + r3)^2
eq2 = a - r2 - r3  - sqrt((r2 + r3)^2 - (r2 - r3)^2)
eq3 = a + b - sqrt(a^2 + b^2) - 2r1
eq4 = distance(a, 0, 0, b, a - r2, a - r2) - r2^2
eq5 = distance(a, 0, 0, b, r3, a - r3) - r3^2;res = solve([eq2, eq3, eq4, eq5], (r1, r2, r3, b));

2 組の解が得られるが,2 番目のものが適解である。
それぞれの式はかなり長い。甲円の半径は以下のような式になる。

res[2][1] |> println

   sqrt(7)*(-14^(3/4)*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3)*sqrt(3*(-sqrt(14)*(3*sqrt(183) + 62)^(1/6)*sqrt(-44*sqrt(14)*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3)*sqrt(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)) - 7*sqrt(14)*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)*sqrt(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)) - 91*sqrt(14)*sqrt(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)) + 444*sqrt(21)*sqrt(3*sqrt(183) + 62)) + 2*2^(1/4)*sqrt(3)*7^(3/4)*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3)*(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3))^(1/4) + 14^(3/4)*(3*sqrt(183) + 62)^(1/6)*(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3))^(3/4))^2 + 3087*sqrt(14)*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)*sqrt(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)))*(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3))^(5/4)/4116 - 14^(1/4)*sqrt(3)*sqrt(3*sqrt(183) + 62)*(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3))^(5/4)*sqrt(-44*sqrt(14)*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3)*sqrt(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)) - 7*sqrt(14)*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)*sqrt(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)) - 91*sqrt(14)*sqrt(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)) + 444*sqrt(21)*sqrt(3*sqrt(183) + 62))/294 - sqrt(42)*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)*(-7*sqrt(3*sqrt(183) + 62) + 22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/6))*(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3))/294 + sqrt(126*sqrt(183) + 2604)*(-28028*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 115934 + 8918*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3))/4116 + 9*sqrt(7)*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3)*(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3))^(3/2)/98)/((3*sqrt(183) + 62)^(2/3)*(-22*(3*sqrt(183) + 62)^(1/3) + 91 + 7*(3*sqrt(183) + 62)^(2/3))^(3/2))

それぞれの式を評価した結果を以下に示す。
順に,甲円の半径,乙円の半径,丙円の半径,斜線の y 切片 b

res[2][1].evalf(), res[2][2].evalf(), res[2][3].evalf(), res[2][4].evalf()

   (0.246773416321210, 0.336189121793897, 0.176552761905338, 0.734031532621976)

甲円の直径は 0.493546832642421 寸である。

2res[2][1].evalf() |> println

   0.493546832642421

function draw(more=false)
   pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   a = 1
   (r1, r2, r3, b) = (0.246773416321210, 0.336189121793897, 0.176552761905338, 0.734031532621976)
   @printf("甲円の直径 = %g;  r1 = %g;  r2 = %g;  r3 = %g;  b = %g\n", 2r1, r1, r2, r3, b)
   plot([0, a, a, 0, 0], [0, 0, a, a, 0], color=:black, lw=0.5, xlims=(-0.05, 1.05))
   circle(r1, r1, r1)
   circle(a - r2, a - r2, r2, :blue)
   circle(r3, a - r3, r3, :magenta)
   segment(0, b, a, 0, :green)
   if more
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       vline!([0], color=:black, lw=0.5)
       hline!([0], color=:black, lw=0.5)
       point(r1, r1, "甲円:r1,(r1,r1)", :red, :center, delta=-delta/2)
       point(a - r2, a - r2, "乙円:r2,(a-r2,a-r2)", :blue, :center, delta=-delta/2)
       point(r3, a - r3, "丙円:r3,(r3,a-r3)", :magenta, :center, delta=-delta/2)
       point(0, a, "a ", :green, :right, :vcenter)
       point(a, 0, " a", :green, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(0, b, "b ", :green, :right, :vcenter)
   end
end;

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算額(その621)

2024年01月09日 | Julia

算額(その621)

和算図形問題あれこれ
令和 2 年 10 月の問題 - No.2?
『絵本工夫之錦』より

https://gunmawasan.web.fc2.com/kongetu-no-mondai.html

垂線(中鈎)で区切られた三角形内に直径が 3 寸と 2 寸の大円と小円を入れる。2 円の直径は変えずに中鈎の長さを変えると三角形の面積も変化する。面積が最小となる中鈎の長さはいかほどか。

大円の半径と中心座標を r1, (r1, r1)
小円の半径と中心座標を r2, (-r2, r2)
中鈎の長さを h,左右の頂点の座標を (-x2, 0), (x1, 0)
とおき,以下の連立方程式を解く。それぞれのパラメータは h を含む式になる。

include("julia-source.txt");
# julia-source.txt ソース

using SymPy

@syms x1, x2, h, 弦1, 弦2, s, r1, r2

(r1, r2) = (3, 2) .// 2

eq1 = h^2 + x1^2 - 弦1^2
eq2 = h^2 + x2^2 - 弦2^2
eq3 = h + x1 - 弦1 - 2r1
eq4 = h + x2 - 弦2 - 2r2
eq5 = h*(x1 + x2)/2 - s;

res = solve([eq1, eq2, eq3, eq4, eq5], (s, x1, x2, 弦1, 弦2))

   1-element Vector{NTuple{5, Sym}}:
    (h*(2*h - 5)*(5*h - 6)/(4*(h - 3)*(h - 2)), 3*(2*h - 3)/(2*(h - 3)), 2*(h - 1)/(h - 2), (2*h^2 - 6*h + 9)/(2*(h - 3)), (h^2 - 2*h + 2)/(h - 2))

h と s の関係を図に示すと,4.7 < h < 4.8 において,面積が最小になるのがわかる。

using Plots
s = h*(2*h - 5)*(5*h - 6)/(4*(h - 3)*(h - 2))
pyplot(size=(300, 200), grid=false, aspectratio=:none, label="", fontfamily="IPAMincho")
plot(s, xlims=(4.5, 5), ylims=(19.7, 19.8), xlabel="h", ylabel="s")
hline!([19.7092342844582])
vline!([4.73850950038331])

面積 s が最小になる h を求めるには,s(h) の式を h で微分して,s(h)′ = 0 を解く(接線の傾きが 0 になるときの h を求める)。

s′ = diff(s, h)
plot(s′, xlims=(4.5, 5), xlabel="h", ylabel="s′")

res2 = solve(s′);

4 組の解が得られるが,2番目のものが適解である。得られる数値解は「虚数解」になっている。
ただ,虚数部は 「0.e-21*I」となっており,実質的に 0 であり,実数部 4.73850950038331 が求める解である。

res2[2].evalf(), real(res2[2].evalf())

   (4.73850950038331 + 0.e-21*I, 4.73850950038331)

そのときの x1, x2, 面積は 19.7092342844582 である。

h = real(res2[2].evalf())
(x1, x2) = (3*(2*h - 3)/(2*(h - 3)), 2*(h - 1)/(h - 2))
s = h*(x1 + x2)/2
s |> println

   19.7092342844582

function draw(more=false)
   pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   h  = 4.73850950038331
   (x1, x2) = (3*(2*h - 3)/(2*(h - 3)), 2*(h - 1)/(h - 2))
   plot([-x2, x1, 0, -x2], [0, 0, h, 0], color=:black, lw=0.5)
   circle(r1, r1, r1)
   circle(-r2, r2, r2, :blue)
   segment(0, 0, 0, h, :green)
   if more
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       vline!([0], color=:black, lw=0.5)
       hline!([0], color=:black, lw=0.5)
       point(r1, r1, "大円:r1,(r1,r1)", :red, :center, delta=-delta)
       point(-r2, r2, "小円:r2,(-r2,r2)", :blue, :center, delta=-delta)
       point(x1, 0, "x1", :red, :center, delta=-delta)
       point(-x2, 0, "x2", :red, :center, delta=-delta)
       point(0, h, " h", :red, :left, :bottom, delta=delta/2)
       plot!(ylims=(-0.5, 5))
   end
end;

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算額(その620)

2024年01月09日 | Julia

算額(その620)

和算図形問題あれこれ
令和 4 年 3 月の問題 - No.2

https://gunmawasan.web.fc2.com/kongetu-no-mondai.html

正方形を 3 本の線で区切る。線の端は,横辺の 3 等分点,縦辺の 2 等分点を通る。
正方形の辺の長さが 21 寸のとき,赤色で塗られた部分の面積はいかほどか。

正方形の一辺の長さを a とする。また,線分の交点座標を,左側のもの (x1, y1),右側のもの (x2, y2) とおき,求める面積を s とする。
面積は色の付いた大きい三角形の面積から左側部分の小さい三角形の面積を引いたもの s = (2a/3*y2 - a/3*y1)/2 である。

以下の連立方程式を解く。eq5 は eq1〜eq4 で求まる (x1, y1),(x2, y2) を使って後で計算してもよいが。

include("julia-source.txt");
# プログラムソース julia-source.txt

using SymPy

@syms a, s, x1, y1, x2, y2
eq1 = (y1 - a)/x1 - (-3)
eq2 = y1/x1 - (1//2)
eq3 = (y2 - a)/x2 - (-3//2)
eq4 = y2/x2 - (1//2)
eq5 = (4a/6*y2 - 2a/6*y1)/2 - s
res = solve([eq1, eq2, eq3, eq4, eq5], (s, x1, y1, x2, y2))

   Dict{Any, Any} with 5 entries:
     x2 => a/2
     s  => 5*a^2/84
     x1 => 2*a/7
     y2 => a/4
     y1 => a/7

面積は s = 5*a^2/84
a = 21 のとき,s = 105/4 = 26.25

ちなみに a = 42 のときは s = 21, a = 84 なら s = 84 になる。

a = 21
5*a^2//84, 5*a^2/84

   (105//4, 26.25)

function draw(more=false)
   pyplot(size=(300, 300), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   a = 21
   (x1, y1) = (2*a/7, a/7)
   (x2, y2) = (a/2, a/4)
   plot([0, a, a, 0, 0], [0, 0, a, a, 0], color=:black, lw=0.5)
   plot!([0, 2a/3, x2, 0], [0, 0, y2, 0], color=:blue, seriestype=:shape, fillcolor=:red, alpha=0.2)
   plot!([0, a/3, x1, 0], [0, 0, y1, 0], color=:blue, seriestype=:shape, fillcolor=:blue, alpha=0.2)
   segment(0, a, a/3, 0, :blue)
   segment(0, a, 2a/3, 0, :blue)
   segment(0, 0, a, a/2, :blue)
   if more
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       vline!([0], color=:black, lw=0.5)
       hline!([0], color=:black, lw=0.5)
       point(x1, y1, "(x1,y1)  ", :red, :right, :vcenter)
       point(x2, y2, "  (x2,y2)", :red, :left, :top)
       point(a, 0, " a", :red, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(0, a, "  a", :red, :center, :bottom, delta=delta/2)
   end
end;

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Julia 関数ソースプログラム

2024年01月09日 | Julia

算額シリーズで使っている関数をまとめました

using Plots
using Printf
using SymPy

##################

function dimension_line(x1, y1, x2, y2, str; horizontal=:center, vertical=:vcenter, color=:black, linestyle=:solid, lw=0.5)
    plot!([x1, x2], [y1, y2], color=color; arrow=:arrow, linestyle=linestyle, lw=lw)
    plot!([x2, x1], [y2, y1], color=color; arrow=:arrow, linestyle=linestyle, lw=lw)
    annotate!((x1 + x2)/2, (y1 + y2)/2, text(str, color, horizontal, vertical, 10))
end;

##################

function segment(x1, y1, x2, y2, color=:black; linestyle=:solid, lw=0.5)
    plot!([x1, x2], [y1, y2], color=color; linestyle=linestyle, lw=lw)
end;

##################

function abline(x0, y0, slope, minx, maxx, color=:black; lw=0.5)
    f(x) = slope * (x - x0) + y0
    segment(minx, f(minx), maxx, f(maxx), color; lw=lw)
end;

##################

function intersectionXY(x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4)
    denominator = (x1*y3 - x1*y4 - x2*y3 + x2*y4 - x3*y1 + x3*y2 + x4*y1 - x4*y2)
    X = (x1*x3*y2 - x1*x3*y4 - x1*x4*y2 + x1*x4*y3 - x2*x3*y1 + x2*x3*y4 + x2*x4*y1 - x2*x4*y3) / denominator
    Y = (x1*y2*y3 - x1*y2*y4 - x2*y1*y3 + x2*y1*y4 - x3*y1*y4 + x3*y2*y4 + x4*y1*y3 - x4*y2*y3) / denominator
    (X, Y)
end

##################

function distance(x1, y1, x2, y2, x0, y0)
    p1, p2 = sympy.Point(x1, y1), sympy.Point(x2, y2)
    l = sympy.Line(p1, p2)
    l.distance(sympy.Point(x0, y0))^2  # 二乗距離を返す!!
end;

function dist(x1, y1, x2, y2, x0, y0)
    # @syms dx, dy, line_length, vx, vy, projection_length, nearest_point_x, nearest_point_y
    # 直線の方向ベクトル
    dx = x2 - x1
    dy = y2 - y1
    
    # 直線の長さ
    line_length = sqrt(dx^2 + dy^2)
    
    # 直線上の点までのベクトル
    vx = x0 - x1
    vy = y0 - y1
    
    # 直線上の点までの射影ベクトルの長さ
    projection_length = (vx * dx + vy * dy) / line_length
    
    # 直線上の最近点の座標
    nearest_point_x = x1 + (projection_length * dx) / line_length
    nearest_point_y = y1 + (projection_length * dy) / line_length
    
    # 点 (x0, y0) から直線までの二乗距離
    return (x0 - nearest_point_x)^2 + (y0 - nearest_point_y)^2
end;

##################

function circle(ox, oy, r, color=:red; beginangle=0, endangle=360, by=0.5, n=0)
    n != 0 && (by = (endangle - beginangle) / n)
    θ = beginangle:by:endangle
    x = r.*cosd.(θ)
    y = r.*sind.(θ)
    plot!(ox .+ x, oy .+ y, color=color, linewidth=0.5)
end;

#### 回転角度を指定して複数個描く
function rotate(ox, oy, r, color=:red; angle=120, beginangle=0, endangle=360, by=0.5, n=0)
    for deg in 0:angle:360-1
        (ox2, oy2) = [cosd(deg) -sind(deg); sind(deg) cosd(deg)] * [ox; oy]
        circle(ox2, oy2, r, color; beginangle, endangle, by, n)
        beginangle += angle
        endangle += angle
    end
end;

function rotatef(ox, oy, r, color=:red; angle=120, beginangle=0, endangle=360, by=0.5, n=0)
    for deg in 0:angle:360-1
        (ox2, oy2) = [cosd(deg) sind(deg); -sind(deg) cosd(deg)] * [ox; oy]
        circlef(ox2, oy2, r, color; beginangle, endangle, by, n) 
    end
end;

##### 4 個描く
function circle4(x, y, r, color=:red)
   circle(x, y, r, color)
   circle(x, -y, r, color)
   circle(-x, y, r, color)
   circle(-x, -y, r, color)
end;

##### 4 個描く --2
function circle42(x, y, r, color=:red)
   circle(x, y, r, color)
   circle(x, -y, r, color)
   circle(y, -x, r, color)
   circle(-y, -x, r, color)
end;

# 塗りつぶしバージョン

function circlef(ox, oy, r, color=:red; beginangle=0, endangle=360, by=0.5, n=0)
    n != 0 && (by = (endangle - beginangle) / n)
    θ = beginangle:by:endangle
    x = r.*cosd.(θ)
    y = r.*sind.(θ)
    plot!(ox .+ x, oy .+ y, linecolor=color, linewidth=0.5, seriestype=:shape, fillcolor=color)
end;

# アノテーション
function point(x, y, string="", color=:green, position=:left, vertical=:top; mark=true, delta=0)
    mark && scatter!([x], [y], color=color, markerstrokewidth=0, markersize=3)
    annotate!(x, y + delta, text(string, 10, position, color, vertical))
end;

# 矩形

function rect(x1, y1, x2, y2, color=:pink; fill=false)
    if fill == false
        plot!([x1, x2, x2, x1, x1], [y1, y1, y2,  y2, y1], color=color, linewidth=0.5)
    else
        plot!([x1, x2, x2, x1, x1], [y1, y1, y2,  y2, y1], color=color, linewidth=0.5, seriestype=:shape, fillcolor=color)
    end
end;

# 楕円

function ellipse(ox, oy, ra, rb; φ=0, beginangle=0, endangle=360,
                     color=:black, lty=:solid, lwd=0.5, fcolor="")
"""
(ox, oy) を中心,ra, rb を半径とする楕円(楕円弧)。
fcolor を指定すると塗りつぶし。
"""
    θ = beginangle:0.1:endangle
    if φ == 0
        if fcolor == ""
            plot!(ra .* cosd.(θ) .+ ox, rb .* sind.(θ) .+ oy,
                  linecolor=color, linestyle=lty, linewidth=lwd)
        else
            plot!(ra .* cosd.(θ) .+ ox, rb .* sind.(θ) .+ oy,
                  linecolor=color, linestyle=lty, linewidth=lwd,
                  seriestype=:shape, fillcolor=fcolor)
        end
    else
        x = ra .* cosd.(θ)
        y = rb .* sind.(θ)
        cosine = cosd(φ)
        sine = sind(φ)
        if fcolor == ""
            plot!(cosine .* x .- sine .* y .+ ox,
                  sine .* x .+ cosine .* y .+ oy,
                  linecolor=color, linestyle=lty, linewidth=lwd)
        else
            plot!(cosine .* x .- sine .* y .+ ox,
                  sine .* x .+ cosine .* y .+ oy,
                  linecolor=color, linestyle=lty, linewidth=lwd,
                  seriestype=:shape, fillcolor=fcolor)
        end
    end
end;

#=
引数
楕円の長径 a,短径 b,接線の傾き(符号に注意)
戻り値
接点の座標 (x, y),楕円に外接する円の半径 r

func(a, b, tanθ) = (-a^2*tanθ/sqrt(a^2*tanθ^2 + b^2), b^2/sqrt(a^2*tanθ^2 + b^2), -b + sqrt(a^2*tanθ^2 + b^2));
=#;

##### 多角形の面積

function area(xy)
    x = xy[:, 1]
    sum((vcat(x[2:end], x[1]) - vcat(x[end], x[1:end-1])) .* xy[:, 2]) / 2
end;

##### 二直線の交点座標

function intersection(x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4)
    p1, p2, p3, p4 = sympy.Point(x1, y1), sympy.Point(x2, y2), sympy.Point(x3, y3), sympy.Point(x4, y4)
    l1, l2 = sympy.Line(p1, p2), sympy.Line(p3, p4)
    a = l1.intersection(l2)[1]
    (a.x, a.y)
end;

 

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