第365問の解答


問題[平面図形 (軌跡)]

問題図 左図のような、半径5cmがあり、弦AB6cm弦CD8cmとなっています。

いま、弦AB中点弦CD中点PQ中点とします。

弦AB弦CDがその長さを保ったまま自由に円上を動くとき、点R動くことのできる範囲面積を求めてください。


解答例1

遠い山のぽきょぽんさん、長野 美光さん、うのたかはるさん、Taroさん、DrKさん、トトロ@Nさん、kasamaさん、圭太さん、M.Hossieさん、ねこやんさん、高橋 道広さん、ラゴさん、ψ(プサイ)さん、sciberさん、他多数

まず点PおよびQ軌跡(動く範囲)を考えてみましょう。

参考図1

点Pは、OAOBの二等辺三角形△AOBの底辺AB中点だから、
頂点Oから底辺ABに下ろした垂線の足になっています。
従って、△AOP△BOPは合同な直角三角形になります。

また、OA5cmAP=6cm÷2=3cmより、OP4cmと分かります。
よって、OP常に4cmになることから、
点P点O中心とする半径4cm円周上を動くことが分かります。

全く同様に、OQ常に3cmになることから、
点Q点O中心とする半径3cm円周上を動くことが分かります。


次に、点Pを固定して点Qを動かしたときの点Rの軌跡を考えてみましょう。(下記図1)

参考図2

点RPQ中点なので、点Pが固定されているときには、
点R点Qが動く図形(円周)のちょうど2分の1の図形(円周)の上を動きます。

この中心中点0とします)で、
と最も近い点1P、Q、Oが一直線に並ぶときの1とします)と中点
と最も遠い点2P、O、Qが一直線に並ぶときの2とします)と中点
となります。

従って、OR1OR20.5cm円半径=R01022cmとなります。

今度は、点Pを動かしたときに、この円が動く軌跡は、上記図2より、
点O
中心とする半径3.5cmから点O中心とする半径0.5cm
除いたドーナツ形図形となります。

これが、求める点R軌跡全体になるので、
求める面積=1/2×3.14×3.52−1/2×3.14×0.52
       =1/2×3.14×{(7/22−(1/22
       =1/2×3.14×48/2
       =12×3.14
       =37.68cm2
と求まります。

: 37.68cm2

以上


(参考)点をドラッグして軌跡を確認する

 

(準備)

  1. 座標軸表示ボタンを押す

  2. 軌跡描画on/offボタンを押す

(軌跡描画)

  1. 点Qをドラッグして、点Rの軌跡を確認

  2. 点Pをドラッグして、点Rの軌跡を確認



操作法

このJavaAppletは愛知教育大の飯島先生他が作成したGC/Javaを利用しています。

 


解答例2

kuri,

参考図3

図1より、△OQP点RPQ中点だから、
 OP
2OQ2=2(OR2PR2
 2+32=2(OR2PR2
よって、
 OR2=25/2−PR2 ・・・(1)

図2より、
 1≦PQ≦7
よって、
 1/2≦PR≦7/2

従って、(1)より、
 50/4−(7/2)2OR2≦50/4−(1/2)2
 1/4≦OR2≦49/4
 1/2≦OR≦7/2  ・・・(2)

逆に(2)を満たす点Rに対して、点Rを通る適当な直線2つの円の交点をP、Q
とし、(1)が成り立つように点Pを選べば、点RPQ中点になります。

以上から、OR点O中心とする半径7/2cmから半径1/2cmを除いた
ドーナツ形の図形内を動くことが分かります。

以下、同様。