第372問の解答


問題[平面図形]

問題図 左図のような△ABCがあります。

BC上に点をとり、AGGE12cmとなる点をとします。また、直線BGと辺ACの交点をとすると、BG18cmGF6cmとなりました。さらに、線分CGの長さは30cmとなりました。

このとき、△ABC面積を求めてください。


解答例1

中村明海さん、たみてんさん、小西孝一さん、あ〜く@旧Nさん、kataさん、ミミズクはくず耳さん、すてっぷさん、M.Hossieさん、をめがさん、UnderBirdさん、他多数

まず、BEECとなることを示しましょう。
S1
△GBCS2△GBCS3△GBCとおき、面積比を求めます。

参考図1

△ABG△BGE△AGC△CGE:=AG:GE=1:1、
△ABG△AGC):(△BGE△CGE)=(S1S3):S2=1:1
よって、S2S1S3 ・・・ (1)

同様に、(S1S2):S3BG:GF=3:1
よって、 S1S23S3 ・・・ (2)

(1)、(2)より、
 S1+(S1S3)=3S3
 S3=S1
(1)より、
 S2=2S1 

従って、
 S1S2S3=1:2:1
となります。

よって、
 BE
ECS1S3=1:1、ADDBS3S2=1: 2、AFFCS1S2=1:2、
および、
 CGGD=(S2S3):S1=3:1
が示されます。

さて、ここから∠BGE90°を示します。

算チャレ的図形の回転で解くと次のようになります。(中村明海さん他)
点Eを中心にして△GECを回転し、CBに重ねた三角形をG'EBとします。

参考図2

すると、∠GEB∠BEG'∠GEB∠CEG180°より、
 点GEG'一直線上に並びます。

△GBG'において、
 GB=18cm
GG'=GE×2=24cmBG'=CG=30cm
となり、
 GB:GG':BG'=18:24:30=3:4:5

従って、△GBG'は、∠BGG'90°直角三角形になります。

△GBC△GBG'=1/2×BG×GG'=1/2×18×24=216cm2

よって、
 △ABC△GBC×2=432cm2 と求まります。

: 432cm2

以上


(別解1)あ〜く@旧Nさん

点Dを通り直線AEに引いた直線とBCの交点をKとし、DKBFの交点をHとします。

参考図3

AEDK平行だから、△ABG△DBH相似
よって、GHHBADDB1:2より、GH=6cmHB12cm
また、AGDHABDB3:2より、DH8cmを得ます。

従って、△DHGの三辺の比=6:8:10=3:4:5となり、直角三角形であることが分かります。

よって、DKおよびAEBFと直交するので、
 △ABE=1/2×AE×BG=1/2×24×18=216cm2
よって、
 △ABC△ABE×2=432cm2 と求まります。


(別解2)M.Hossieさん、 他

BEECとおきます。
中線定理により、 GB2GC2=2(2GE2)、
182302=2(2122)、
2=(182302)/2−122=468、
よって、=√(468)=6√(13)となります。

θ=∠BGCとおくと、△GBCに関して余弦定理より、
cosθ=(GB2GC2−(22)/(2GB×GC
  =−648/1080
  =−3/5

従って、
sinθ=√(1−cos2θ)=4/5
△GBC=1/2×GB×GC×sinθ
    =1/2×18×30×4/5
    =216cm2
よって、
 △ABC△GBC×2=432cm2 と求まります。


解答例2

takaisaさん、他

BGを延長し、GHGB18cmとなるように点Hを取ります。

参考図4

△AGH△EGBについて、AGEG12cmGHGB18cm∠AGH∠EGBより、
二辺と挟角が等しいので合同。
従って、AHBE∠AHG∠EBG、よってAHBE平行となります。

すると、△AFH△CFB相似相似比FHFB=12:24=1:2
よって、AHBC1:2となり、BEECが成り立ちます。

△GHCについて、GCHCGC=18:24:30=3:4:5となることから、
△GHCは、∠GHC=90°の直角三角形となることが分かります。

よって、△GHC=1/2×GH×HC=1/2×18×24216cm2

AHとECが平行でAH=ECより、四角形AECHは平行四辺形、
よって、△AEC△ACH△GHC216cm2

従って、△ABC△AEC×2=432cm2 と求まります。


解答例3

yuhtoさん、高橋 道広さん、他

点Eを通りBF平行に引いた直線とACの交点をHとし、EHDCの交点をKとします。

参考図5

GFEHが平行だから、△AEHに関して中点連結定理より、
 AFFH、およびEHGF×2=12cm。 ・・・ (1)

今度は△CFBに関して、FBHE平行FB:HE=24:12=2:1
よって中点連結定理より、BEECFHHCがいえます。

そして△CFGに関して再び中点連結定理より、
 GKKC15cmKHGF×1/2=3cmとなり、
 EKEHKH=12−3=9cmとなります。

よって、△EKGに関して、EKGEGK=9:12:15=3:4:5より、
 △EKG∠GEK90°直角三角形となります。

△AEH=1/2×AE×EH=1/2×24×12144cm2
△AEC=3/2×△AEH216cm2AHAC2:3だから)、
従って、△ABC△AEC×2=432cm2 と求まります。


(その他の解法)