2次元における n 質点系の重心の導出(別解)

2次元における3質点系の重心において,重心の座標を重心Gのまわりの3質点系のつり合い条件より導いた.

ここでは,異なる手法として,2質点系の重心の座標を繰り返し導出することで,3質点系の重心の座標を導く.

3質点の質量を m 1   〔 k g 〕 , m 2   〔 k g 〕 , m 3   〔 k g 〕 とし,座標をそれぞれ ( x 1 , y 1 )   〔 m 〕 , ( x 2 , y 2 )   〔 m 〕 , ( x 3 , y 3 )   〔 m 〕 と置く.質点 m 1   〔 k g 〕 と質点 m 2   〔 k g 〕 の重心G'の座標を ( x G ' , y G ' )   〔 m 〕 とすると,2質点系の重心(2次元)より,

( x G ' , y G ' ) = ( m 1 x 1 + m 2 x 2 m 1 + m 2 , m 1 y 1 + m 2 y 2 m 1 + m 2 )   〔 m 〕

2質点 m 1 + m 2   〔 kg 〕 の重心 ( x G ' , y G ' ) と,質点 m 3   〔 k g 〕 の座標 ( x 3 , y 3 )   〔 m 〕 に対する重心Gの座標 ( x G , y G )   〔 m 〕 は,2質点系の重心(2次元)より,

x G = ( m 1 + m 2 ) x G ' + m 3 x 3 ( m 1 + m 2 ) + m 3 = ( m 1 + m 2 ) m 1 x 1 + m 2 x 2 m 1 + m 2 + m 3 x 3 m 1 + m 2 + m 3 = m 1 x 1 + m 2 x 2 + m 3 x 3 m 1 + m 2 + m 3   〔 m 〕

y G = ( m 1 + m 2 ) y G ' + m 3 y 3 ( m 1 + m 2 ) + m 3 = ( m 1 + m 2 ) m 1 y 1 + m 2 y 2 m 1 + m 2 + m 3 y 3 m 1 + m 2 + m 3 = m 1 y 1 + m 2 y 2 + m 3 y 3 m 1 + m 2 + m 3   〔 m 〕

これは3質点系の重心(2次元)に等しい.

一般に, n 質点系の重心の座標も2質点系の重心の座標を n − 1 回繰り返し導くことで得られる.

重心の位置(2次元)

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学生スタッフ作成

2025年10月21日