正方形を描く方程式
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2026.01.17


   

 (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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