午後のひとときに、数学の図形問題を作問したので、解いてみる。

 

 


問題

正方形に、合同な正三角形を2つを対極に内接し、

正三角形の互いの頂点から互いの辺へ垂線を下ろしたところ、

出来上がった四角形は正方形であった。

内側の正方形の面積が1のとき、外側の正方形の面積を求めよ。

 

今回は三角関数を使わなくても解けるので、中学生以上向けです。

 

 

シンキングタ~イム

 

 

さて、どうやって解きましょうかね。

 

当然補助線は引きますよ。

 

 

今回の補助線は、こんな感じだろうか。

 

内側の四角形が正方形になったならば、合同な正三角形で囲うことが出来なければなりませんね。

 

内側の正方形の面積が1ならば、辺の長さは1ですね。

正三角形はすべて合同になるので、正三角形の辺の長さをT、

外側の正方形の辺の長さをSとして、関係式を考えます。

 

右下の頂点から伸びる赤線の仰角は30˚です。

赤線の中央から、左下の正三角形の右下の頂点へと補助線を引くと、

 

S = T +
T
2
・
2
√3
=
√3+1
√3
 T

 

続いて、内側の正方形の辺の長さをTを使って求めると、

 

1 = T -
T
2
・
2
√3
=
√3-1
√3
 T
T =
√3
√3-1
S2 =
4+2√3
3
・
3
4-2√3
=
(4+2√3)2
(4-2√3)(4+2√3)
=
28+16√3
4
= 7+4√3

 

答え 7+4√3

 

 

ではでは