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平面図形_円_円の重なりと接弦定理

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 円の重なりと接弦定理

例題

次の図のように大小2つの円が点\(D\)で接しており、\(FG\)は点\(D\)における2つの円の共通接線、\(AB\)は点\(C\)における小さな円の接線である。
 \(\angle DAB=45°\)、\(\angle ADF=75°\)、\(DB=6cm\)のとき次の問に答えなさい。
平面図形_円_円の重なりと接弦定理

  1. \(BC\)の長さを求めなさい。
  2. 大きい円の直径を求めなさい。
    まずはこう解け!
 
  1. 角の二等分線を使う。(\(\angle EDC=\angle CDB\))
    平面図形_円_円の重なりと接弦定理
    ※特にこの形は意識をして覚えておくこと。毎回導くのは時間がもったいない。
  2. 相似形を使う。(\(\triangle DEC\)∽\(\triangle DCB\))
    平面図形_円_円の重なりと接弦定理

1.角の二等分線になることの証明

  平面図形_円_円の重なりと接弦定理

接点\(D\)を通る接線\(FG\)を引く。

接線\(FG\)と小さい円に注目し、接弦定理を利用すると、

\( \angle ADF= \angle ECD \dots ①\)

接線\(FG\)と大きい円に注目し、接弦定理を利用すると、

\( \angle ADF= \angle ABD(CBD) \dots ②\)

①、②より

\( \angle ECD= \angle CBD \dots ③\)

接線\(AB\)と小さい円に注目し、接弦定理を利用すると、

\( \angle DEC= \angle DCB \dots ④\)

③、④より2組の角がそれぞれ等しいので、\( \triangle DEC \)∽\( \triangle DCB \)

相似な図形の対応する角は等しいので

\( \angle EDC= \angle CDB \)


2.相似になることの証明 →1.の証明の途中で証明済み

解答
    次の図のように大小2つの円が点\(D\)で接しており、\(FG\)は点\(D\)における2つの円の共通接線、\(AB\)は点\(C\)における小さな円の接線である。
     \(\angle DAB=45°\)、\(\angle ADF=75°\)、\(DB=6cm\)のとき次の問に答えなさい。
    平面図形_円_円の重なりと接弦定理

  1. \(BC\)の長さを求めなさい。
  2. 平面図形_円_円の重なりと接弦定理

    \(AD\)と小さな円との交点を\(E\)とする。また、\(CD\)を結ぶと\(CD\)は\(\angle ADB\)の二等分線である。

    また接線\(FG\)と大きな円の接弦定理より、

    \( \angle ABD=ADF=75° \)

    ここで、\( \angle ADC= \angle BDC=x \)とおくと、\( \triangle ADB \)の内角の和より

    \(2x+45+75=180 \)

    \(x=30° \)

    \( \triangle CBD \)の内角の和より

    \( \angle BCD=75 \)

    \(\triangle DCB\)は頂角30°、底角75°、\(DB=6cm\)の二等辺三角形として長さを計算する
      (※詳しくはこちら→特別角の三角形)

    \(BC=3 \sqrt{6}-3 \sqrt{2} \)

  3. 大きい円の直径を求めなさい。
  4. 大きい円の中心\(O\)とDを通る直線を引き、円との交点を\(H\)とし、\(BH\)を結ぶ。

    平面図形_円_円の重なりと接弦定理

    円周角の定理より\(\angle DHB=45°\)、\(\angle HBD=90°\)であり、\(\triangle HBD\)は直角二等辺三角形である。

    ここで大きい円の半径を\(r\)とすると、\(\triangle HBD\)において三平方の定理より

    \(2r= \sqrt{2} \times DB=6 \sqrt{2} \)

    \(r=3 \sqrt{2} \)

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