第378問の解答


問題[平面図形]

問題図 左図で、四角形ABCDは、BC=8cm、∠BAD=∠ADC=135°、AB+CD=ADで、面積が8cm2となっています。

また、△PADは、PA=PD,∠APD=45°の二等辺三角形です。

このとき、△PADの面積を求めてください。


解答例1

はなうさん、まるケンさん、hiroさん、すてっぷさん、 他

AD上に点Eを、AE=ABとなるように取ります。

参考図1

AD=AB+CDより、
 DE=AD−AE=AD−AB=CD。

従って、△ABE、△DECは、いずれも頂角が135度の二等辺三角形となり、
∠ABE=∠AEB=∠DEC=∠DCE=(180−135)÷2=22.5度となります。

よって、
 ∠BEC=180−(∠AEB+∠DEC)=180−45=135度となります。

ここで、△EBCの外接円の中心をOとすると、∠BEC=135度>90度より、
中心Oは辺BCに関して点Eと反対側にあることになります。

∠BOC(外側)は弧BC(外側)の中心角であり、∠BECは円周角となっています。
従って、360−∠BOC(内側)=∠BEC×2=270度、
よって、∠BOC(内側)=360−270=90度となります。

従って、△OBCは頂角が90度の直角二等辺三角形となり、
底辺BC=8cmなので、△OBC=1/2×8×4=16cm2となります。

さて、△ABOと△AEOに関して、AB=AE、BO=EO、AOは共通より、
三辺が等しいので合同。

同様に、△DCOと△DEOも三辺が等しいので合同。

従って、∠OAD=∠ODA=135×1/2=67.5度。
また、∠PAD=∠PDA=90−45××1/2=67.5度。

よって、△PADと△OADは合同な二等辺三角形と分かります。

よって、
 △PAD=△OAD
     =△AEO+△DEO
     =(四角形ABCD+△OBC)×1/2
     =(8+16)×1/2
     =12cm2
と求まります。

(参考)多くの方は、ADを軸に△PADを折り返して解かれていました。
手順は異なりますが、内容的にはほぼ同じになります。
 

答: 12cm2

以上


解答例2

CRYING DOLPHINさん、ねこやんさん、遠山のぽきょさん、他

下図のように四角形ABCDを4個、底辺ACが正方形となるように並べます。

参考図2

四角形の内角の和は360度だから、
 ∠ABC+∠DCB=360−(135+135)=90度

よって、
 ∠ABC+∠CBB2+∠D2BB2
=∠ABC+90度+∠DCB
=
180度

従って、点A、B、D2は一直線上に並びます。
また、AB+BD2=AB+CD=AD。

点A2、B2、D3と点A3、B3、D4および点A4、C、Dもについても同様。

よって、できた図形の外側の辺の個数は8つになり、辺の長さはすべてADに等しく、
しかも頂角はいずれも135度となるので、
これらは正八角形の周囲と一致することが分かります。

さて、
 正八角形の面積
=四角形ABCD×4+正方形BB2B3C
=8
×4+8×8
=96cm2

一方、正八角形の中心をOとすると、
△OADは底辺がADで頂角(∠AOP)が45度の二等辺三角形となるので、
△PAD
と合同。

よって、
 △PAD=正八角形×1/8=96×1/8=12cm2
と求まります。


(その他の解法)