【質問】数学A(図形):三角形に外接円が必ず存在する理由

〔質問〕
同一直線上にない3点が平面上に指定された場合、必ずそれらの点を通る円が描けることを証明してください。
(三角形に外接円が必ず存在する理由)
〔回答〕
例えば、以下の感じでどうでしょうか?
 
「同一直線上にない3点」ということですから、これを「△ABC」とします。
 
まず、これが直角三角形であるときは、そのまま外接円が存在すると言うことができます。
厳密な説明としては、例えば∠Bが直角のとき、辺ABと辺BCの垂直二等分線を引けば、それぞれ中点連結定理から、辺ACとはその中点(M)でぶつかることになります。
図1
そして、「垂直二等分線」ということは、AMとBMは長さが等しく(△ABMが二等辺三角形になるため)、またBMとCMも長さが等しくなります(△BCMが二等辺三角形)。よって、点Mから点A,B,Cまでの距離がそれぞれ等しいので、ここを中心とする円を描けます。


 
次に、直角三角形でない場合(鋭角三角形、鈍角三角形)では、例えば点Bから辺ABと直交する直線を書いてみてください。
図2
次に、その直線上に、∠ACB=∠AC’Bとなるような点C’を探します。これについては、点Bのところから順に上に進んで行ってもらえば必ずどこかに存在しているはずです。
このとき、△ABC’は直角三角形ですから、辺AC’の中点を中心とする円が描けるはずです。
図4
そして最後に、円周角の定理の逆(ABに対してCとC’が同じ側にあって、∠ACB=∠AC’Bなら、4点A,B,C,C’は同一円周上にある)を使えば、この円は△ABCの外接円であったことが言えます。

 

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