第139問の解答


1.問題 [平面図形]

問題図

 3つの合同扇形OADPBDQCDを、
孤AD上に、孤BD上にくるように重ねました。

 こうしてを結んだところ、ACPDの交わる角度(印)が108度になりました。
 では、この扇形中心角印)は何度になるでしょうか?

(注意)図は正確とは限りません。

 


2.解答例1(ありっちさん、香川仁志さん、YokoyaMacさん、トトロ@Nさん、有無相生さん、noetherさん、中村明海さん、げんたさん、数楽者さん、とりやまじゅんさん、大沢幸一さん、他多数)

OPを結び、三角形OPDを考えます。

参考図1

OP、OD、PDは、いずれも扇形半径だから全て等しい。
よって、△OPD正三角形となり、∠POD=60度
すなわち、扇形BQDは、扇形AOD60度回転させたものになります。

従って、AD=BD、∠ADB=60度
よって、△ABD正三角形となり、AB=AD、∠ABD=∠BDA=60度

同様に、△BCD正三角形となり、BC=CD、∠CBD=∠CDB=60度

よって、四角形ABCDは、菱形となり、ACBDは、互いに相手の垂直二等分線になります。(補題参照)

また、PB=PDなので、BD垂直二等分線(AC)上にあることとなります。

すると、CPD=180−108=72度
扇形中心角BPD=72×2=144度となります。

答:54通り

以上

補題点P、Qから等距離にある点集合は、PQ垂直二等分線Lと一致する。

PQ中点とする。

参考図2

直線L上の任意の点Aについて考える。
△AHP△AHQは、
 PH=QHAHは共通、∠AHP=∠AHQ=直角
より合同。よって、AP=AQ。 ・・・(1)

逆に、BP=BQとなる任意の点Bについて考える。
もし、L上にはなく、に関してが同じ側にあると仮定する。
BQの交点をとすると、(1)より、CP=CQ
仮定から、BP=BQ=BC+CQ=BC+CP
これは、△BCP二辺の和が、もう一つの一辺と等しいことになるので矛盾。
に関して同じ側にあると仮定しても同様。
よって、L上にあることになる。 ・・・(2)

(1)、(2)より、補題が成り立つことが示された。


3.解答例2(mhayashiさん、他)

ACPDの交点をとし、TO、ADをそれぞれ結びます。。

参考図3

解答例1と同様にして、△TOD正三角形∠OTD=∠TOD=60度となります。
∠ATO=∠ATD−∠OTD=108−60=48度

OA=OTより、△OAT二等辺三角形∠TAO=∠ATO=48度
よって、∠AOT=180−48×2=84度

従って、∠AOD=∠AOT+∠TOD=84+60=144度