【質問】中学数学:三角形の合同条件三つが、同値であることを証明するにはどうしたらいいですか。

〔質問〕
三角形の合同条件三つが、同値であることを証明するにはどうしたらいいですか。
〔回答〕
3つのことが同値(A⇔B⇔C)であることは、2つに分けて示していくことになります。
つまり、「AとBが同値(A⇔B)と、BとCが同値(B⇔C)ということを示して、よって、3つともが同値」のようにする必要があります(「AとCが同値」を用いても可)。
 
 
次に、同値の示し方ですが、
まず、「3辺の長さが等しい」と「2辺の長さと間の角が等しい」が同値であることを示すなら、
(1)「3辺の長さが等しい」ならば「2辺の長さと間の角が等しい」こと、
(2)逆に、「2辺の長さと間の角が等しい」ならば「3辺の長さが等しい」ことの2つをそれぞれ言う必要があります。

例えば、△ABCと△DEFについて考えるとすると、
(1)については、正確には「3辺の長さが等しい2つの三角形であれば、必ず、2辺の長さと間の角が等しくなっている」という意味で、高校範囲の余弦定理を用いればすぐに(かつクリアに)導けますが、使えないなら以下の要領で計算すればいけます。
① △ABCについて、点AからBCに垂線を下ろし、垂線の足をHとする。
② BH=x とおく。
③ △ABH で三平方の定理を用いて、AH2=c2-x2 を得る。
④ △ACH でも三平方の定理を用いて、AH2=b2-(a-x)2 を得る。
⑤ ③と④の右辺同士を繋いで計算すれば、具体的に x と AH の長さが求まる。

⑥ △DEF でも同様のことをすると、(3辺の長さが等しいので)全く同じ計算過程・計算結果になる。
⑦ その結果、△DEFの方でも、△ABH と「直角を挟む2辺の長さが等しい」直角三角形が得られる。
⑧ ∠Bと∠Eは等しいということになる。
(ただし、厳密には、この直角三角形同士を合同としていいのかという議論も残る)

(2)については、上記(1)と同様の垂線を引いて、順番に三平方の定理で残りの辺の長さを求めていけばいいです。
 
 
これが終われば、あとは、「3辺の長さが等しい」と「1辺の長さとその両端の2角が等しい」についてか、
または「2辺の長さと間の角が等しい」と「1辺の長さとその両端の2角が等しい」についてのどちらか一方で構いませんので、
それについて、同様に、
(3)「3辺の長さが等しい」ならば「1辺の長さとその両端の2角が等しい」
(4)「1辺の長さとその両端の2角が等しい」ならば「3辺の長さが等しい」
のように2つに分けて考えてみてください。

(1)(2)と同様の垂線を引けば導けると思います。

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

 
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