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2011

聖光学院2011【3】 ☆図形の回転・正方形の頂点を中心として辺が回転する問題☆


次の図のような1辺が6㎝の正方形ABCDがあります。点PがCD=CPを満たしながら、この正方形の外側を動いていくとき、次の問いに答えなさい。
 
※ 画像はクリックすると拡大します。


seiko301.png









(1)
Pが点Dから点Bまで動くとき、CPが動いてできる図形の面積を求めなさい。ただし、円周率は3.14とします。
 
(2)
三角形ABDと三角形DBPの面積が等しくなるとき、三角形DCPの角DCPの大きさとして考えられる値をすべて答えなさい。ただし、角DCPとは、辺CDと辺CPの間の角度を表します。
 
(3)
角CDPと角CBPの大きさの比が5:1のとき、角CBPの大きさとして考えられる値をすべて答えなさい。
 
 
※ 続きを見る場合は、下の「解説はこちらから」をクリック!





 


(1)
次の図のように、辺CPが点Cを中心としてDからBまで時計回りに進むと、辺CPが動いてできた線は、半径が6㎝で中心角が360-90=270度のおうぎ形になります。
 
したがって、辺CPが動いてできた面積は6×6×3.14×360分の270=84.78㎠になります。
 
※ 画像はすべて、クリックすると拡大します。


seiko302.png













(2)
辺CPがどの位置にいても、直角二等辺三角形ABCの面積はいつでも6×6÷2=18㎠ですが、この問題を解くのに実際の面積は必要ありません
 
【答えの1つ目の求め方】
 
三角形ABDとDBPの底辺をどちらもBDとすると、次の図のように高さが等しくなったとき、この2つの三角形の面積は同じになります。
 
そのとき、下の図の辺BDとCPは平行になっているので、角ABDとDCPは同位角の関係で同じ大きさになります。


seiko303.png











上の図の三角形ABDは直角二等辺三角形なので、角ABDの大きさは45度、そして角DCPの大きさはABDと等しいので、答えは45度になります。
 
【答えの2つ目の求め方】
 
三角形ABDとDBPの関係が次の図のようになったときも、底辺BDは共通で高さは等しいので、この2つの三角形の面積は同じになります。
 
そのとき、下の図の辺BDとPCは平行なので、角ADBとBCPは同位角の関係で同じ大きさになります。


seiko304.png













上の図の角ADBの大きさは45度なので、そして角BCPの大きさも45度、そして角DCBは90度なので、角DCPの大きさは45+90=135度になります。
 
 
(3)
辺CPの位置によって答えが2通りあるので、今から1つずつ求めてみます。
 
【答えの1つ目の求め方】
 
次の図の三角形CBPは辺CBとCPの長さがどちらも6㎝の二等辺三角形なので、角CBPとCPBの大きさは同じです。
 
また、三角形CDPも辺CDとCPの長さがどちらも6㎝の二等辺三角形なので、角CDPとCPDの大きさは同じです。
 
角CDPと角CBPの大きさの比が5:1のとき、角CPDの大きさはCDPと同じく比の⑤、そして角CPBの大きさはCBPと同じく比の①なので、角DPEの大きさは比の⑤-①=④と表せます。


seiko305.png








次の図の三角形ECBとEDPは、角BECとDEPが対頂角で同じ大きさなので、「角EBC+ECB」「角EDP+EPD」の大きさも等しくなります。
 
「角EBC+ECB」の合計は①+90度、そして「角EDP+EPD」の合計は⑤+④=⑨で、その2つが等しいので「①+90度=⑨」と表せます。


seiko306.png








「①+90度=⑨」なら、比の⑨-①=⑧が90度にあたるので、比の①(角CBPの大きさ)は90÷⑧=11.25度になります。
 
【答えの2つ目の求め方】
 
次の図の三角形CBPは辺CBとCPの長さが6㎝の二等辺三角形なので、角CBPとCPBの大きさは同じであり、どちらの大きさも比の①と表せます。
 
また、三角形CDPは辺CDとCPの長さが6㎝の二等辺三角形なので、角CDPとCPDの大きさは同じであり、どちらの大きさも比の⑤と表せます。


seiko307.png









次の図の三角形CBDは直角二等辺三角形なので、角DBCとBDCの大きさはどちらも45度です。
 
また、この図の三角形PBDの3つの内角についてそれぞれ注目してみると、
 
・角DPBの大きさ→角DPC+CPB=⑤+①=⑥
・角BDPの大きさ→角BDC+CDP=45度+⑤
・角DBPの大きさ→角DBC+CBP=45度+①
 
となるので、三角形PBDの3つの内角の合計を求める式は「⑥+(45度+⑤)+(45度+①)=180度」と表せます。


seiko308.png










「⑥+(45度+⑤)+(45度+①)=180度」の左辺は、比の合計が⑥+⑤+①=⑫、角度の合計が45+45=90度なので、この式は「⑫+90度=180度」と表せます。
 
つまり、比の⑫が180-90=90度にあたるので、比の①(角CBPの大きさ)は90÷⑫=7.5度になります。





 
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