第362問の解答


問題[平面図形]

問題図

上の図のような∠A=90°の直角二等辺三角形ABCがあります。

いま、∠Bの二等分線に、点Cから下ろした垂線の足をDとします。また、BDとACの交点をEとします。すると、CD=5cmになりました。

このとき、△BECの面積を求めてください。


解答例1

高田修成さん、Taroさん、DrKさん、kasamaさん、ハラギャーテイさん、Toru Fukatsuさん、中村明海さん、M.Hossieさん、天秤さん、大岡 敏幸さん、 他多数

三角関数を使って考えてみましょう。
θ=
45/2=22.5度、x=tanθとおきます。

参考図1

CDの長さを1とすると、
 ED=CDtanθ=x、BD=CD/tanθ=1/x
より、
 BD=1/x−x=(1−x2)/x
と表せます。

倍角公式より、
 tan2θ=2tanθ/(1-tan2θ)=tan45°=1
よって、
 1=2x/(1-x2)
従って、
 (1−x2)/x=2

よって、BD=2×5=10cmと分かります。

従って、
 △BEC=1/2×BE×CD
     
=1/2×10×5
     =25cm2
と求まります。

(BEを求める別法)

  • 1/tanθ-tanθ=cosθ/sinθ-sinθ/cosθ
       =(cos2θ-sin2θ)/cosθsinθ
       =2cos2θ/sin2θ
       =2tan2θ
       =2
    BE=(1/tanθ-tanθ)・CD=2・5=10 

  • BE・cosθ=AB、BC・sinθ=CD=5
    BE・BC・cosθsinθ=AB・5
    BE・BC・cos2θ=AB・5・2
    BE・AB=10・AB
    BE=10

答: 25cm2

以上


解答例2

CRYING DOLPHINさん、オモシロ※※館館長「影」さん、 他

BAとCDを延長し、交点をFとします。

参考図2

△ABEと△ACFについて、
 AB=AC、∠ABE=∠ACF=45/2°、∠BAE=∠CAF=90°
より、1辺と挟角が等しいので合同、
よって、BE=CF。

△FBDと△CBDについて、
 BDが共通、∠FBD=∠CBD=45/2°、∠FBD=∠CDB=90°
より、1辺と両側の角が等しいので合同、
よって、FD=CD=5cm。

従って、CF=5×2=10cm、
よって、BE=10cm。
以下、同様。


解答例3

菱沼聖子さん、 他

EからBCに下ろした垂線の足をA'とし、C'A'=CA'となるようBA'上にC'をとります。
さらに、C'からBD上に下ろした垂線の足をFとします。

参考図3

△EC'A'と△EC'A'について、
 EA'は共通、C'A'=C'A、∠EA'C'=∠EA'C=90度
より、二辺と挟角が等しいので合同。

よって、
 EC'
=EC、∠EC'A'=∠ECA'=45°、および∠C'EC=90度
となり、△EC'Cが直角二等辺三角形であることが分かります。

従って、∠BEC'=∠BEC−∠C'EC=(90+45/2)−90=45/2度、
 ∠BC'F=∠EC'F=(90−45/2)度。

△C'BFと△C'EFについて、
 C'Fは共通、∠C'BF=∠C'EF=45/2度、∠C'FB=∠C'FE=90度
より、一辺と両側の角が等しいので合同。

よって、C'B=C'Eとなります。

すると、△C'BFと△C'EFは、△ECDと合同な直角三角形と分かります。

従って、
 BF
=EF=CD=5cm、
 BE
=BF+EF=10cm
となります。
以下、同様。


解答例4

小西孝一さん、遠い山のぽきょぽんさん、すてっぷさん、 他

等積変形で求めてみましょう。
BA上にE'をBE'=BEとなるようにとり、CE'とBEの交点をFとします。
また、FからBCに下ろした垂線の足をHとし、FHの延長線上にHG=FHとなるようGをとります。
さらに、FからGCに下ろした垂線の足をIとします。

参考図4

すると、△FBHと△FCHと△GCHは合同な直角三角形となります。
よって、△BEC=四角形FGCEとなります。

また、△DFCは∠D=90度、∠DCF=45度より、直角二等辺三角形、
および、△IFCも∠I=90度、∠ICF=45度より、直角二等辺三角形、
よって、四角形FICDは正方形であることが分かります。

すると、△FGIと△CEDは合同となりますので、
四角形FGCE=正方形FICD=52=25cm2。

従って、△BEC=25cm2と求まります。


解答例5

ふじさきたつみさん、 他

CからBCに垂直線を引きCC'=BCとなるようにC'をとり、
CDの延長線とBC'の交点をE'とします。

参考図5

すると、△C'BCは二等辺直角三角形となるので、∠BC'C=45度となります。

よって、△E'CC'と△EBCは合同となりますので、E'C=EBとなります。

また、△BE'Dと△BCDは合同となるので、E'D=CD=5cm。

よって、EB=E'C=10cmと求まります。
以下、同様。