解決済み

https://manabitimes.jp/math/628 において、「ちなみにこの公式はベクトルの面積比の公式からすぐに導ける。」とありますが、もう少し深堀りしてほしいです。


oundefined=sin2Aaundefined+sin2Bbundefined+sin2Ccundefinedsin2A+sin2B+sin2C\overrightarrow{o} = \dfrac{ \sin 2A\overrightarrow{a} + \sin 2B\overrightarrow{b} + \sin 2C\overrightarrow{c} }{\sin 2A + \sin 2B + \sin 2C}


分子が sin2Aaundefined+sin2Bbundefined+sin2Ccundefined \sin 2A\overrightarrow{a} + \sin 2B\overrightarrow{b} + \sin 2C\overrightarrow{c} になるのは(面積比の公式から)わかるのですが、分母に sin2A+sin2B+sin2C \sin 2A + \sin 2B + \sin 2C がつくのがわかりません。

例えば A=B=C=60 A = B = C = 60^{\circ} を代入すれば確かに分母に sin2A+sin2B+sin2C \sin 2A + \sin 2B + \sin 2C をつけないとつじつまが合わないことはわかるのですが、どこから分母に sin2A+sin2B+sin2C \sin 2A + \sin 2B + \sin 2C をつけようという発想が出てくるのでしょうか?

他の例を見ても、係数和を1にしたい意図が見えるのですが、なぜ係数和を1にすれば正しくなるのでしょうか(例えば答案を作る場合に「係数和を1にしたいため~~で割る。」みたいなことを書きませんよね?自然な内容として回答をお願いしたく存じます)。

ベストアンサー

ベストアンサー

初心に帰り、原点を中心とする半径1の円周に内接する三角形ABCを考えてみます。平面上のどんな三角形も、この三角形ABCと相似になります。三角形ABCが鈍角三角形のときには、Aを通る直径が円周と交わる点をA'、BをB'、CをC'と書き換えると、三角形A’B’C’は鋭角三角形になります。そして、3つの角2A、2B、2Cを360度から引いた角がそれぞれ2A'、2B'、2C'になりますから、三角形ABCが鋭角三角形の場合を考えれば十分です。半径OA上に、OD=sin2Aとなる点Dをとり、対角線OEが直線OC上に、OFが半径OB上にくる平行四辺形ODEFをかきます。このとき、三角形ODEに正弦定理を用いると、DE=sin2B、

OE=sin2Cになりますから、ベクトルの和から、sin2Aa+sin2Bb+sin2Cc=0  (式1)sin2A \vec{a}+sin2B\vec{b}+sin2C\vec{c}=\vec{0}  (式1)

が成り立ちます。そこで、原点を平面上の任意の場所に移動し、外心の位置ベクトルをd\vec{d}とおくと、式1は、sin2A(ad)+sin2B(bd)+sin2C(cd)=0sin2A(\vec{a}-\vec{d})+sin2B(\vec{b}-\vec{d})+sin2C(\vec{c}-\vec{d})=\vec{0}

と書き直せます。よって、

   d\vec{d}=sin2Aa+sin2Bb+sin2Ccsin2A+sin2B+sin2C\dfrac{sin2A \vec{a}+sin2B\vec{b}+sin2C\vec{c}}{sin2A+sin2B+sin2C}

「係数の和が1になる」のは、式1の同値変形からくるものですから、たとえばd=pa+qb+rc\vec{d}=p\vec{a}+q\vec{b}+r\vec{c}

とすれば、必ずp+q+r=1p+q+r=1になります。


そのほかの回答(0件)

関連する質問

もっとみる