2 つの円と1 つの直線に接する円は、一般には8 つの解がある。下記の初期配置の例において、8つの目標とする円を全てを図示すると以下のようになる。円C1/円C2/直線 l と接する側がそれぞれ左右の組合せがあるので、全部で8通り(2の3乗)あるのだ。なお下図で例えば「左左左」というのは円C1の左側で接し、円C2の左側で接し、直線 l とはC1C2両円の左側で接して円であることを意味している。A, B, C, D については後述する。
方針:
この8種類の円が解になるCCL問題は、半径が小さい側の円C2を点に縮約した4種類のCLP問題に帰着させることができる。実際その通りなのだが、一つのCLP問題の解は4 つなので、それをそのまま素直に4 つのCCL問題に復元すると16 の解ができてしまう。以下で解説するが、復元するのに使うのはCLP問題の4 解のうちそれぞれ2 解のみが使われるので、辻褄が合うのだ。こういった細かい検証は、どのサイトを見ても記述がない。実際にしっかり解説するために自分で行った結果、ようやく納得のいく結果と理解ができたのだ。
・帰着させる4つのCLP問題(パターン概説だけ、手順は後で)
以下のAからDまでの4パターンが該当する(A , B, C , Dの順に並んでないのは特段の意味はない。修正するのが面倒だっただけw)
パターンA で採用する方法:
A.右右左とA.左左右の二つの解を導くための方法になる。つまり対象になるのは以下の二つの青円だけが得られる。
①与直線から与二円の側に半径 r 分だけ近づけた直線を描く
②二つの与円は小さい円の半径 r 分縮める(円C2は点に変換される)
③これで一旦CLP問題(赤が初期条件)にして、解を解く(青円4 つが解)
④得られた解の円のうちの二つ(青実円)だけを残す
⑤その二円の半径を r 分膨らませて、最終的な解円の二つを得る
パターンC で採用する方法:
C.左右左とC.右左右の二つの解を導くための方法になる。つまり対象になるのは以下の二つの青円だけが得られる。
①与直線から与二円の側に半径 r 分だけ近づけた直線を描く
②小さい与円の半径 r 分縮める(円C2は点に変換される)
③大きい与円は半径 r 分膨らませる
④これで一旦CLP問題(赤が初期条件)にして、解を解く(青円4 つが解)
⑤得られた解の円のうちの二つ(青実円)だけを残す
⑥その二円の半径を r 分膨らませて、最終的な解円の二つを得る
パターンB で採用する方法:
B.左左左とB.右右右の二つの解を導くための方法になる。つまり対象になるのは以下の二つの青円だけが得られる。
①与直線から与二円の側に半径 r 分だけ遠ざけた直線を描く
②二つの与円は小さい円の半径 r 分縮める(円C2は点に変換される)
③これで一旦CLP問題(赤が初期条件)にして、解を解く(青円4 つが解)
④得られた解の円のうちの二つ(青実円)だけを残す
⑤その二円の半径を r 分縮めて、最終的な解円の二つを得る
パターンD で採用する方法:
D.左右左とD.右左右の二つの解を導くための方法になる。つまり対象になるのは以下の二つの青円だけが得られる。
①与直線から与二円の側に半径 r 分だけ遠ざけた直線を描く
②小さい与円の半径 r 分縮める(円C2は点に変換される)
③大きい与円は半径 r 分膨らませる
④これで一旦CLP問題(赤が初期条件)にして、解を解く(青円4 つが解)
⑤得られた解の円のうちの二つ(青実円)だけを残す
⑥その二円の半径を r 分膨らませて、最終的な解円の二つを得る
・一般解のパターンA(解は二つ)の手順(61手順)
条件:交わらない二つの円C1, 円C2、その二つの円に交わらない直線 l、かつ二つの円ともに直線の同じ側にある
第一段階:CCL問題をCLP問題に帰着させるまで(16手順)
①直線 l に距離 r だけ離れた平行な直線 l' を描く(9)
(「基本作図パターン集」ページの「直線 l に距離 r だけ離れた平行な直線を描く」を参照のこと)
②円C1の半径を r だけ縮めた円C3 を描く(7)
(「基本作図パターン集」ページの「半径 r1 の円と距離 r2 から、半径 r1 - r2 の円を描く」を参照のこと)
①②ともに途中の作図はすべて省略したが、これで直線 l' 、点C2、円C3(全て青色)を通る円を描くCLP問題に変換できた。
第二段階:変換されたCLP問題を解く(31手順)
第一段階のゴールの青表示が、こちらのスタート時点の赤表示になる。そして求めたいゴールが青表示になる。但し復元不要な点線青円は描く必要はない。そこで「CLP」ページの「2 セット目(残りの二つの解)」の部分を作図すればよい。
第三段階:解いたCLP問題の二つの解からCCL問題の解に変換する(7手順*2)
第二段階のゴールの青実円が、こちらのスタート時点の赤表示になる。そして求めたい最終解の二つが青円になる。パターンAの場合は上で示した通り「半径を r 分膨らませて、最終的な解円の二つを得る」だったので、「基本作図パターン集」ページの「半径
r1 の円と距離
r2 から、半径
r1 +
r2 の円を描く」を行えばよい。
パターンB~Dの作図手順:
パターンA と同様の手順で残りの6 円についても作図すればよい。よって総手順数は61手×4=244手順(実際にダブりとかあっても考慮に入れてませんw)
・ その他の解
条件:二つの与円の半径が同じで、その円の中心同士を結ぶ線が与線に平行な場合
参考文献