第157問の解答


1.問題 [平面図形]

1辺が6cm正五角形の形をした紙があります。
この五角形内部の1点に目印を付け、その点と五角形頂点が重なるように紙の一端を折り返します。
五角形のどの頂点を重ねるように折ってもも、折り返されて見える紙の裏側三角形の形になるような場所に色をつけたところ、このような点の集まりは、ある図形になりました。
では、色をつけた図形周りの長さ何cmになるでしょうか。


2.解答例1(トトロ@Nさん、ヒデー王子さん、noetherさん、Miki Sugimotoさん、mhayashiさん、高橋道広さん、有無相生さん、他多数)

五角形の内部にある点Pへ、五角形の頂点Dを重ねるように折ったとき、折り返されて見える紙の裏側が三角形になるときを考えてみましょう。

参考図1

そこで、が中心で、半径が五角形の1辺の長さと等しい円を円E
を中心とし、半径がの円を円Cとします。

折り返されて見える紙の裏側が三角形になる条件は、辺の折り目がの間(これをとする)、およびの間(これをとする)にあるときです。

さて、PF=DFPG=DGですから、FGPDの垂直二等分線になります。
直線DP円Eの交点を円Cとの交点をとします。

△PFD∽△PFDですから、
円Eの内部にあるときは、DP≦DP、従って、DF≦DE
円Eの外にあるときは、DP>DP、従って、DF>DE

同様に、
△PGD∽△PGDですから、
円Cの内部にあるときは、DP≦DP、従って、DG≦DC
円Cの外にあるときは、DP>DP、従って、DG>DC

以上から、求める条件は、点P円C円Eの共通部分の中ににあることとなります。

他の頂点についても同様ですから、結局点Pは、円A、円B、円C、円D、および円Eの共通部分内正五角形が丸っこくなった赤い部分にあることになります。

参考図2

円D円Eの交点を円D円Cの交点をとします。
EQ=DQ=DE=r、CQ=DQ=CD=rより、
△EQD、△CQはともに正三角形となります。

∠CDE正五角形内角だから、180−360/5=108度
よって、
∠QDQ=∠EDQ+∠CDQ−∠CDE
  =60+60−108
  =12度。

従って、円弧Q=2πr×12/360
よって、求める長さLはこの5倍だから、
L=5×2πr×12/360
 =2π×5×6×12/360
 =2π
 ≒6.28cm
となります。

答:6.28cm

以上