
(1,0) と (0,1) と (−1,0) と (−1,−1) と (1,0) の隣同士を結んでできる正方形( 赤色 )を描く線分たちの方程式は次の4つです。
\( y=-x+1\ \ \left\{0\le x\le1\right\} \) ・・・ @
\( y=x+1\ \ \left\{-1\le x\le0\right\} \) ・・・ A
\( y=-x-1\ \ \left\{-1\le x\le0\right\} \) ・・・ B
\( y=x-1\ \ \left\{0\le x\le1\right\} \) ・・・ C
@ と A は、まとめて次のように書くことができます。
\( y=-\left|x\right|+1\ \ \left\{-1\le x\le1\right\} \) ・・・ D
B と C は、まとめて次のように書くことができます。
\( y=\left|x\right|-1\ \ \left\{-1\le x\le1\right\} \) ・・・ E
D と E は、まとめて次のように書くことができます。
\( \left|y\right|=-\left|x\right|+1\ \ \left\{-1\le x\le1\right\} \) ・・・ F
F より 次の式が成り立ちます。
\( \color{Red}\left|x\right|+\left|y\right|=1 \) ・・・ G
G が (1,0) と (0,1) と (−1,0) と (0,−1) と (1,0) の隣同士を結んでできる正方形を描く方程式になります。
この図形( 赤色 )を \( \sqrt{\ 2\ }\ \)倍にしてから反時計回りに 45°回転させると、(1,1) と (−1,1) と (−1,−1) と (1,−1) と (1,1) の隣同士を結んでできる正方形( 紫色 )になります。
そうするために、G の \(x\) に \( \frac{1}{\ \sqrt{2}\ } \left(\ x\cdot\cos\left(\frac{\pi}{4}\right)+y\cdot\sin\left(\frac{\pi}{4}\right) \right) \) を \(y\) に \( \frac{1}{\ \sqrt{2}\ } \left(-x\cdot\sin\left(\frac{\pi}{4}\right)+y\cdot\cos\left(\frac{\pi}{4}\right) \right) \) を代入して、
\( \left|\frac{1}{\sqrt{2}}\left(x\cdot\cos\left(\frac{\pi}{4}\right)+y\cdot\sin\left(\frac{\pi}{4}\right)\right)\right|+\left|\frac{1}{\sqrt{2}}\left(-x\cdot\sin\left(\frac{\pi}{4}\right)+y\cdot\cos\left(\frac{\pi}{4}\right)\right)\right|=1 \)
よって、
\( \color{Purple}\large\left|\ x+y\ \right|+\left|-x+y\ \right|=2 \)
これが、(1,1) と (−1,1) と (−1,−1) と (1,−1) と (1,1) の隣同士を結んでできる一辺の長さが2の正方形を描く方程式です。
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