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数学

数Ⅰ 09. 図形と計量(3)正弦定理と余弦定理⭐

まなぶてらす じょん先生
12
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公開クイズ

問題 1

OX

中学校で習った三角形の合同条件は以下である。 (1)3辺がそれぞれ等しい (2)2辺とその間の角がそれぞれ等しい (3)1辺とその両端の角がそれぞれ等しい これらと三角比の問題を関連付けて考えると覚えやすいよ

問題 2

選択式

【正弦定理】⭐ a / sin A = b / sin B = c / sin C = 2R はどんな時に使うか。(答えは一つとは限らない) 三角形の「向かい合っている辺と角」に注目!

  • A. 当然【外接円の半径】といえば正弦定理
  • B. 例えば a / sin A = b / sin B だから 三角形の【1辺と2角】が分かる時,他の1辺が求まる
  • C. 例えば a / sin A = b / sin B だから 三角形の【2辺と1角】が分かる時,他の1角が求まる
  • D. 例えば a / sin A = 2R より,sin A = a / 2R だから(2Rは出てきてしまうが)【角度をやめて辺だけの式にすることができる】
ヒント

B. は三角形の合同条件「1辺とその両端の角がそれぞれ等しい」と似ているね でも両端の角である必要はない なぜ? 2角が分かっていれば(180°から引いて)残りの角も求まるから 結局は両端の角も分かるんだね C. は三角形の合同条件「2辺とその間の角がそれぞれ等しい」と似ているね でもその間の角である必要はない ただし,0°≦θ≦180° では sin は 2つ角度が出てくることに注意してね

問題 3

短答式

△ABCにおいて,b=√6,A=45°,B=60°の時,a を求めよ。

  • 2

  • a = 2

ヒント

a / sin A = b / sin B に代入して・・・

問題 4

選択式

【余弦定理】⭐ a² = b² + c² - 2bc cos A b² = c² + a² - 2ca cos B c² = a² + b² - 2ab cos C はどんな時に使うか。(答えは一つとは限らない)

  • A. 例えば a² = b² + c² - 2bc cos A だから 三角形の【2辺とその間の角】が分かる時,他の1辺が求まる
  • B. 例えば a² = b² + c² - 2bc cos A より,cos A = ( b² + c² - a² ) / 2bc だから三角形の【3辺】が分かる時,他の1角が求まる!実際,どの角でも求められる
  • C. 例えば a² = b² + c² - 2bc cos A より,cos A = ( b² + c² - a² ) / 2bc だから(一見複雑になったように見えるが)【角度をやめて辺だけの式にすることができる】
ヒント

この公式の図形的意味が重要! 【直角三角形がそうでなくなった時,斜辺がどの程度伸び縮みするかを示している!】 A が 90° になって直角三角形になったら? a² = b² + c² という三平方の定理になるね だから Aが鋭角の時は a は その斜辺よりは短くなり どれだけ短くなるかを示しているのが 2bc cos A! Aが鈍角の時は a は その斜辺よりは長くなり どれだけ長くなるかを示しているのが 2bc cos A! (鈍角の時 cos A はマイナスになるから - cos A はプラスになるね)

問題 5

短答式

△ABCにおいて,b = √3,c = 2,A = 150° の時,a を求めよ。

  • √13

  • a=√13

ヒント

角A が分かっているから,a² = の式を使うよ

問題 6

選択式

△ABCにおいて,a = 2,b = √6,B = 60° の時,c を求めよ。という問題を解く際のお勧めのやり方は。【答えはヒントに記載】

  • A.「 c を求めよ」とあるので余弦定理の c² = の式を使う。
  • B. a, b, B が分かっているので正弦定理を使って 角A を求め,そこから 角C を求め,余弦定理の c² = の式を使う。
  • C.「 c を求めよ」とあるが 角B の値が分かっているので余弦定理の b² = の式を使う。
ヒント

A. のやり方だと cos C が分からないから行き詰ってしまう B. のやり方だとこの問題では,sin A = 1 / √6 となって行き詰ってしまう C. だと b² = c² + a² - 2ca cos B より c² - 2c - 2 = 0 となるから,解の公式を使って c = 1 ±√3 c > 0 より( c は辺の長さだからマイナスになることはない) c = 1 + √3

問題 7

短答式

△ABCにおいて,a = 3,b = 2,c = √7 の時,C を求めよ。

  • 60

  • 60°

  • 60度

ヒント

C を求めよとあるので c² = a² + b² - 2ab cos C を変形して cos C = ( a² + b² - c² ) / 2ab に代入して・・・

問題 8

選択式

△ABCにおいて,a = 2,b = √3 + 1,C = 60° の時,残りの辺の長さと角の大きさを求めよ。

  • c = √6,A = 45°と135°,B = 75°
  • c = √6,A = 45°,B = 75°
ヒント

2辺とその間の角が分かっているから余弦定理を使う (正弦定理を使おうとしても A, B, c が分からないから式を作れない) しかも C が分かっているから c² = の式を使う c² = 6 より c > 0 だから c = √6 a² = の余弦定理を頭の中で変形して cos A = の式を作り,全て代入して A = 45° だから B = 180° - 45° - 75° = 75°

問題 9

選択式

△ABCにおいて,b = √2,B = 30°,c = 2 の時,A,C,a を求めよ。という問題を解く際のお勧めのやり方は。(答えは一つとは限らない)【答えはヒントに記載】

  • A. 2辺と1角が分かっているから,正弦定理を使って C を求める→C には 2通りの答えがあるので,それぞれの場合に分けて A を求める→余弦定理を使おうとしても cos A が分からない→しかし,図をかいてみると(AからBCへおろした垂線の足をHとすると)a=BH+CHやa=BH-CHとなることが分かるから求められる
  • B. 角Bが分かっているから,余弦定理 b² = の式を使うと a についての2次方程式ができ,それを解くと a が求まる→a には 2通りの答えがあるので,それぞれの場合に分けて c² = の余弦定理から C を求める→Aも求まる
ヒント

答え: C=45°の時,A=105°,a=√3+1 C=135°の時,A=15°,a=√3-1 ちなみに B. で a が求まった後 a² = の余弦定理を使うと cos A が分からないので行き詰ってしまう→そこで c² = の式を使うんだよ また A. で使ったことを覚えておくと将来使えるよ(それは次の問題で)

問題 10

OX

【余弦定理の別の表現】⭐ a = c cos B + b cos C b = a cos C + c cos A c = b cos A + a cos B

ヒント

図より角Bも角Cも鋭角なら,BC つまり a は a = c cos B + b cos C 図より角Cが鈍角なら,BC つまり a は a = BH-CH = c cos B - b cos ( 180° - C ) = c cos B - ( - b cos C ) = c cos B + b cos C だから a = c cos B + b cos C は鈍角でも鋭角でも成り立つ!

問題 11

OX

【正弦定理の別の表現】⭐ a : b : c = sin A : sin B : sin C a/sin A=b/sin B=c / sin C=2R より a=2Rsin A, b=2Rsin B, c=2Rsin C だから a : b : c =2Rsin A : 2Rsin B : 2Rsin C = sin A : sin B : sin C

問題 12

OX

【三角形の辺と角】 角度・辺・sin の大小順は同じ,cos だけ逆順…⭐ ( 角度が大きくなると sin は増えて,cos は減るから) ● 正弦定理より a : b : c = sin A : sin B : sin C ● 対応する辺と角の大小は一致する(最大辺⇔最大角) ● A < B < C ⇔ sin A < sin B < sin C,cos A > cos B > cos C

問題 13

選択式

△ABCにおいて,次の等式が成り立つ時,この三角形の最大の角を求めよ。 sin A : sin B : sin C = 7 : 5 : 3 30° を選ぶなんてありえないよ 最大角が30° はないでしょう!

  • 30°
  • 90°
  • 120°
  • 150°
ヒント

正弦定理より a:b:c=sin A:sin B:sin C だから a:b:c=7:5:3 この時,正の数kを用いて a=7k, b=5k, c=3 と表すことができる aが最大辺だから,Aが最大角である 余弦定理より cos A = {(5k)²+(3k)²-(7k)²}/(2×5k×3k)=- 1/2 よって,最大角は A=120° ★ここで,a=7, b=5, c=3 とするのは結果は同じでも間違い!(比と長さは別のものだから) ⭐a : b : c = 7 : 5 : 3 である△ABCは,三角形の大きさに関係なく,常に A=120° となる!

問題 14

選択式

△ABCにおいて,次の等式が成り立つことを証明せよ。という問題を解く際のお勧めのやり方は。【答えはヒントに記載】 a sin A sin C + b sin B sin C = c ( sin² A + sin² B )

  • やり方が思い浮かばない
  • ここで,正弦定理の出番だ! a / sin A = 2R より sin A = a / 2R だから同様に sin B, sin C も表せて,左辺を整理し,右辺も整理したらどちらも同じ式になるはず
ヒント

a sin A sin C + b sin B sin C = c ( sin² A + sin² B ) で (左辺) = a × a/2R × c/2R + b × b/2R × c/2R = c(a²+b²)/4R² また(右辺) = c { (a/2R)² + ( b/2R)² } = c { (a²+b²)/4R² } = c(a²+b²)/4R² だから与式は成り立つ

問題 15

選択式

△ABCにおいて,次の等式が成り立つことを証明せよ。という問題を解く際のお勧めのやり方は。【答えはヒントに記載】 a ( b cos C - c cos B ) = b² - c²

  • やり方が思い浮かばない
  • ここは余弦定理の出番だ! cos C=(a²+b²-c²)/2ab,同様に cos B を左辺に代入して整理すれば右辺になるはず
ヒント

a ( b cos C - c cos B ) = b² - c² で (左辺) = a { b × (a²+b²-c²)/2ab - c × (c²+a²-b²)/2ca } = { (a²+b²-c²) - (c²+a²-b²) } / 2 = (2b²-2c²)/2 = b²-c² =(右辺)

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