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931)

2024年05月08日 | Julia

算額(その931)

群馬県安中市下磯部 磯部神社 天保7年(1830)
「算額」第三集 全国調査,香川県算額研究会

台形内に大円,小円,等円が入っている。大円の直径が 10 寸のとき,等円の直径はいかほどか。

横倒しになっているが,台形の高さ,下底,上底の長さを a, b, c
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)
等円の半径と中心座標を r3, (r3, y31), (x3, r3)
とおき,以下の連立方程式の数値解を求める。

include("julia-source.txt");

using SymPy
@syms a::positive, b::positive, c::positive,
     r1::positive, r2::positive, r3::positive,
     x3::positive, y31::positive, y32::positive
eq1 = (r1 - r3)^2 + (y31 - r1)^2 - (r1 + r3)^2
eq2 = (x3 - r1)^2 + (y32 - r1)^2 - (r1 + r3)^2
eq3 = (a - r2 - r1)^2 + (r1 - r2)^2 - (r1 + r2)^2
eq4 = (a - r2 - x3)^2 + (y32 - r2)^2 - (r2 + r3)^2
eq5 = dist2(a, c, 0, b, r3, y31, r3)
eq6 = dist2(a, c, 0, b, x3, y32, r3)
eq7 = dist2(a, c, 0, b, r1, r1, r1)
eq8 = dist2(a, c, 0, b, a - r2, r2, r2);

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 Float64.(v), r.f_converged
end;

function H(u)
   (a, b, c, r2, r3, x3, y31, y32) = u
   return [
       (-r1 + y31)^2 + (r1 - r3)^2 - (r1 + r3)^2,  # eq1
       (-r1 + x3)^2 + (-r1 + y32)^2 - (r1 + r3)^2,  # eq2
       (r1 - r2)^2 - (r1 + r2)^2 + (a - r1 - r2)^2,  # eq3
       (-r2 + y32)^2 - (r2 + r3)^2 + (a - r2 - x3)^2,  # eq4
       a^2*b^2 - 2*a^2*b*y31 - a^2*r3^2 + a^2*y31^2 - 2*a*b^2*r3 + 2*a*b*c*r3 + 2*a*b*r3*y31 - 2*a*c*r3*y31,  # eq5
       a^2*b^2 - 2*a^2*b*y32 - a^2*r3^2 + a^2*y32^2 - 2*a*b^2*x3 + 2*a*b*c*x3 + 2*a*b*x3*y32 - 2*a*c*x3*y32 - b^2*r3^2 + b^2*x3^2 + 2*b*c*r3^2 - 2*b*c*x3^2 - c^2*r3^2 + c^2*x3^2,  # eq6
       a^2*b^2 - 2*a^2*b*r1 - 2*a*b^2*r1 + 2*a*b*c*r1 + 2*a*b*r1^2 - 2*a*c*r1^2,  # eq7
       a^2*c^2 - 2*a^2*c*r2 + 2*a*b*c*r2 - 2*a*b*r2^2 - 2*a*c^2*r2 + 2*a*c*r2^2,  # eq8
   ]
end;
r1 = 10/2
iniv = BigFloat[18, 11, 7, 4, 1, 10, 10, 8]
res = nls(H, ini=iniv)

   ([18.121162012570196, 11.12823119917143, 7.415656960521699, 4.083745164389245, 1.1267889889060243, 10.427965642765756, 9.747186511832085, 7.841607343658628], true)

大円の直径が 10 寸のとき,等円の直径は 2*1.1267889889060243 = 2.2535779778120486 寸である。

function draw(more=false)
   pyplot(size=(500, 500), grid=false, aspectratio=1, label="", fontfamily="IPAMincho")
   r1 = 10/2
   (a, b, c, r2, r3, x3, y31, y32) = res[1]
   println("2r3 = $(2r3)")
   plot([0, a, a, 0,  0], [0, 0, c, b, 0], color=:green, lw=0.5)
   circle(r1, r1, r1, :blue)
   circle(a - r2, r2, r2, :green)
   circle(r3, y31, r3, :magenta)
   circle(x3, y32, r3, :magenta)
   if more        
       delta = (fontheight = (ylims()[2]- ylims()[1]) / 500 * 10 * 2) /3  # size[2] * fontsize * 2
       hline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       vline!([0], color=:gray80, lw=0.5)
       point(a, 0, " a", :green, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(a, c, "(a,c)", :green, :left, :bottom, delta=2delta, deltax=-7delta)
       point(0, b, " b", :green, :left, :bottom, delta=delta/2)
       point(r1, r1, "大円:r1,(r1,r1)", :blue, :center, delta=-2delta)
       point(a - r2, r2, "小円:r2,(a-r2,r2)", :green, :center, delta=-2delta)
       point(r3, y31, "等円:r3\n(r3,y31)", :black, :left, delta=-2delta, deltax=-5delta)
       point(x3, y32, "等円:r3\n(x3,y32)", :black, :left, delta=-2delta, deltax=-5delta)
   end
end;


コメント    この記事についてブログを書く
  • X
  • Facebookでシェアする
  • はてなブックマークに追加する
  • LINEでシェアする
« 算額(その930) | トップ | 算額(その932) »
最新の画像もっと見る

コメントを投稿

Julia」カテゴリの最新記事