【質問】数学(中学):三角形OABと直線による交点や面積の問題

〔質問〕
3点O(0,0)、A(3,4)、B(5,0) を頂点とする三角形OABと直線 y=1/3x+a があります。この時、次の各問いに答えなさい。
 
(1)直線ABの方程式を求めなさい。
y=-2x+10 (答)
 
(2)直線 y=1/3x+a と辺OA、辺ABとが交わる時、その交点をそれぞれ、P, Qとします。点PQの座標をそれぞれaを用いて表しなさい。
P(a,4/3a) かなと思います。
Q が、求めようとしても、変な値になってしまいます…
 
(3)三角形APQの面積が三角形OABの面積の1/2になるようにaの値を定めなさい。
 
(1)は多分わかりました。(2)、(3)の、アドバイスを、お願いします。
〔回答〕
今回の問題のように、関数のグラフを使った図形問題では、各直線の式や交点をできるものから求めていきましょう。
 
・直線の式:直線が通る2点の座標(y切片も含む)から求めることができます
・交点の座標:交点で交わる2直線の式を連立することで求めることができます
 
(1)直線ABの式
 2点(3,4), (5,0)を通る直線の式を求めればOKです。
 (質問にある式で正解です)
 
(2)点P,Qの座標
・点P: 直線OAと直線y=(1/3)x+a の交点(先に直線OAの式を求めて、連立する)
・点Q: 直線ABと直線y=(1/3)x+a の交点(すでに求めてあるABの式を使い、連立する)
(点Qの座標は少しややこしい分数を含む式となります)
 
(3)点P,Qの座標
△APQ=10、または、残りの四角形OPQB=10 となるような式を求めてもいいですが、
辺の比と面積の関係を利用すれば、(AP/AO)×(AQ/AB)=1/2 という式が立てられます。
 

※ なぜなら、PBに補助線を入れて、まず辺AOを底辺と見立てれば、△APB は全体の(AP/AO)倍。そして、そのうち △APQ については、ABを底辺と見立てれば、△APB の(AQ/AB)倍。2つのことを合わせると、(AP/AO)×(AQ/AB) が全体に占める割合となり、これが 1/2 となればいいからです。

 
したがって、「AP:AO」,「AQ:AB」の比をそれぞれ求めた上で、(AP/AO)×(AQ/AB)=1/2 の式にそれぞれ比を代入すれば、a の値が求まる、ということです。
※ 全体(△OAB)を 1 とおいたときに、△APQ= 1/2 となるように式を立てています
 

なお、AO と AP の辺の比については、y座標から求まります。
※ 点Pからx軸に垂線を、点Aからもx軸に垂線を下したとき、O を頂点とした相似な三角形ができます。そのとき、縦の長さの比が斜辺の長さの比になりますから、まず、AO:PO が 4:(4/3)a とわかり、AP については、差し引きした 4-(4/3)a 分になります。よって AO:AP=4:4-(4/3)a という計算になります。
 
これと同じことを AB:AQ の方でもしてみてください!

 

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