第200問の解答


1.問題 [平面図形]

問題図
左図のように、正六角形ABCDEFの内部の点Tから辺AB、辺CD、辺EFに垂線を降ろし、その足をそれぞれP、Q、Rとしたところ、PB=3cm、QD=4cm、RF=2cmとなりました。

このとき、黄色の部分(三角形PQR)の面積は、水色の部分(正六角形ABCDEFから三角形PQRを除いた部分)の面積の何倍でしょうか。

 


2.解答例1(Taroさん、わかさひ君、しゅうさん、長野美光さん、他)

まず、正6角形ABCDEFの1辺の長さがa=6cmと分かっているものとして面積を求めます。
辺AB、CD、EFを延長してできる正三角形をGHIとします。

参考図1

正6角形ABCDEFの面積=S0、
黄色の部分(三角形PQR)の面積=S1、
水色の部分(正六角形ABCDEFから三角形PQRを除いた部分)の面積=S2
とします。
また、1辺が1cmである正三角形の面積を1として以下を計算します。

S21=△APFR=△GBE−△GAF=(a+2)(2a-3)-a2=8×9-62=36
S22=△PBCQ=△HQP−△HCB=(a+3)(2a-4)-a2=9×8-62=36
S23=△QDERR=△IRQ−△IED=(a+4)(2a-2)-a2=10×10-62=64
S2=S21+S22+S33=36+36+64=136
S1=S0-S2=6a2-136=6×62-136=80
よって、S1/S2=80/136=10/17となります。

答:10/17

 以上


3.1辺を求める(ヒデー王子さん、まるケンさん、ありっちさん、M.Hossieさん他)

まず、正6角形ABCDEFの1辺aが与えられたとき、内部の点Tがどこにあっても、PB+QD+RFは一定の値となることを証明します。

参考図2

いろいろな証明法があるようですが、ここでは面積を使う方法で説明することにします。

Tから正三角形BDF(1辺の長さ=bとします)に垂線を下ろし、足をJ、K、Lとします。
四角形JTRFは4つの角が全て90度なので長方形となり、RF=TJとなります。
同様に、四角形PBKTは長方形でPB=TK、四角形TKDRは長方形でQD=TLとなります。

従って、PB+QD+RF=TK+TL+TJとなります。

正三角形BDFの面積=△TBD+△TDF+△TFB
  =1/2×BD×TK+1/2×DF×TL+1/2×FB×TJ
  =1/2×b×(TK+TL+TJ) ・・(1)
  =1/2×FD×BH
  =1/2×b×3/2×a  ・・(2)

よって、(1)、(2)より、TK+TL+TJ=3/2×a、
従って、PB+QD+RF=3/2×aとなり、Tの位置に係わらず一定値となることが分かります。

よって、3+4+2=3/2×a、a=9×2/3=6cmとなります。

 以上