解決済み

数学Aについてです。

面積が等しい△abcにおいて、辺bc,ca,abを2:1に内分する点をそれぞれl,m,nとし、線分alとbm,cn,cnとalの交点をそれぞれp,q,rとするとき

ap:pr:rl=3:3:1となり、△pqrの面積は1/7である、とあるのですがなぜ△pqrの面積が1/7になるのかがわからないので解説をお願いします。


具体的に解説でわからないところは、

①△abl以外の比率の出し方

②ゆえにからあとの文

です。


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 諸々の比率を求めるにはメネラウスの定理(https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%83%8D%E3%83%A9%E3%82%A6%E3%82%B9%E3%81%AE%E5%AE%9A%E7%90%86)を使います。

 ACL\triangle ACL および 直線 BMBM に対して定理を適用すれば、

AMMCCBBLLPPA=1;LPPA=43\begin{aligned}\frac{AM}{MC} \cdot \frac{CB}{BL} \cdot \frac{LP}{PA} = 1;\quad\therefore \frac{LP}{PA} = \frac{4}{3}\end{aligned}

一方、ABL\triangle ABL および 直線 CNCN に対して定理を適用すれば、

ANNBBCCLLRRA=1;LRRA=16\begin{aligned}\frac{AN}{NB} \cdot \frac{BC}{CL} \cdot \frac{LR}{RA} = 1;\quad\therefore \frac{LR}{RA} = \frac{1}{6}\end{aligned}

これで LP:PA,LR:RALP : PA, LR : RA は分かりました。ここで AP:PR:RLAP : PR : RL を求めるために LP=4t,PA=3tLP = 4t, PA = 3t および LR=u,RA=6uLR = u, RA = 6u とおき、

4t+3t=LP+PA=LR+RA=u+6u4t + 3t = LP + PA = LR + RA = u + 6u

という t,ut, u の関係式を立てます。ここから t=ut = u が分かり、したがって AP=3t,PR=3t,RL=tAP = 3t, PR = 3t, RL = t、すなわち AP:PR:RL=3:3:1AP : PR : RL = 3 : 3 : 1 を得ます。同時に、問題設定における L,M,NL, M, N の対称性から BQ:QP:PM=CR:RQ:QN=3:3:1BQ : QP : PM = CR : RQ : QN = 3 : 3 : 1 を得ます。

 あとは「高さが共通で、底辺の比率が a:ba : b である 22 つの三角形の面積比は a:ba : b である」という事実をくり返し使います。

RP:LA=3:7;PBR=37ABLPQ:PB=1:2;PQR=12PBR\begin{aligned}RP : LA = 3 : 7;\quad &\therefore \triangle{PBR} = \frac{3}{7}\triangle{ABL} \\PQ : PB = 1 : 2;\quad &\therefore \triangle{PQR} = \frac{1}{2}\triangle{PBR}\end{aligned}

したがって、PQR=123723=17\triangle{PQR} = \dfrac{1}{2} \cdot \dfrac{3}{7} \cdot \dfrac{2}{3} = \dfrac{1}{7} を得ます。


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