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【2024共通テスト(第1日程)】数学ⅠA:第5問(図形の性質)|メネラウスの定理、方べきの定理 

2024年入試問題

(1)問題《ア~オ》

 

(1)解答・解説《ア~オ》

メネラウスの定理より

\(\displaystyle\frac{QR}{RD}\times\displaystyle\frac{DS}{SA}\times\displaystyle\frac{AC}{CQ}=1\) ・・・《ア:⓪》 

が成り立つので,

\(\displaystyle\frac{QR}{RD}\times\displaystyle\frac{3}{2}\times\displaystyle\frac{8}{3}=1\)

よって \(\displaystyle\frac{QR}{RD}=\displaystyle\frac{1}{4}\) より

\(QR:RD=1:4\) ・・・《イウ》 

メネラウスの定理より

\(\displaystyle\frac{QB}{BD}\times\displaystyle\frac{DT}{TA}\times\displaystyle\frac{AP}{PQ}=1\)

が成り立つので,

\(\displaystyle\frac{QB}{BD}\times\displaystyle\frac{4}{1}\times\displaystyle\frac{2}{3}=1\)

よって \(\displaystyle\frac{QB}{BD}=\displaystyle\frac{3}{8}\) より

\(QB:BD=3:8\) ・・・《エオ》 

したがって,\(BQ:QR:RD=3:1:4\) となることがわかる.

(2)の(ⅰ)(ⅱ)問題《カ~シ》

(2)の(ⅰ)(ⅱ)解答・解説《カ~シ》

(ⅰ) \(AT=x\) とすると,\(AS=2x\) なので

方べきの定理から

\(x\times2x=2\times5\) \(\iff\) \(x^2=5\)

よって \(x=AT=\sqrt{5}\) ・・・《カ》 

 

さらに,\(DR=4\sqrt{3}\) となることがわかる.

実際はやらなくてよいけど確認!

\(RQ=y\) とおくと,\(DR=4y\),\(DQ=5y\) で方べきの定理より

\(4y\times5y=3\sqrt{5}\times4\sqrt{5}\) \(\iff\) \(y=\sqrt{3}\)

ゆえに\(DR=4y=4\sqrt{3}\) となることがわかる.

(ⅱ)まず \(AQ\cdot CQ=5\cdot 3=15\) かつ \(BQ\cdot DQ=3\sqrt{3}\cdot 5\sqrt{3}=\)\(45\) ・・・《キク》

\( AQ\cdot CQ< BQ\cdot DQ \) ・・・《ケ:⓪》 

方べきの定理より

\( AQ\cdot CQ=BQ\cdot XQ \) ・・・《コ:①》 

が成り立つ.上の2式の左辺は同じなので,\(XQ<DQ\) ・・・《サ:⓪》が得られる.

したがって,点 \(D\) は \(3\) 点 \(A\),\(B\),\(C\) を通る円の外部・・・《シ:②》にある.

(2)の(ⅲ)問題《スセ》

(2)の(ⅲ)解答・解説《スセ》

\(CR=RS=SE=3\) となることがわかる.

実際はやらなくてよいけど確認!

メネラウスの定理より\(\displaystyle\frac{CR}{RS}\times\displaystyle\frac{SD}{DA}\times\displaystyle\frac{AQ}{QC}=1\)

\(\displaystyle\frac{CR}{RS}\times\displaystyle\frac{3\sqrt{5}}{5\sqrt{5}}\times\displaystyle\frac{5}{3}=1\)

\(\displaystyle\frac{CR}{RS}=1\)

よって,\(CR:RS=1:1\)

メネラウスの定理より\(\displaystyle\frac{CE}{ES}\times\displaystyle\frac{ST}{TA}\times\displaystyle\frac{AP}{PC}=1\)

\(\displaystyle\frac{CE}{ES}\times\displaystyle\frac{\sqrt{5}}{\sqrt{5}}\times\displaystyle\frac{2}{6}=1\)

\(\displaystyle\frac{CE}{ES}=3\)

よって,\(CE:ES=3:1\)

以上から,\(CR:RS:SE=1:1:1\)

また,\(CR=z\) とし方べきの定理より

\(CR\times CS=CQ\times CP\)

\(z\times2z=3\times6\) よって \(z=3\)

ゆえに,\(CR=RS=SE=3\) となることがわかる.

(ⅱ)と同様に考えていく

\(DS\times SA=3\sqrt{5}\times2\sqrt{5}=30\)

\(CS\times SE=6\times3=18\)

\( DS\times SA > CS\times SE \) より点 \(A\) は \(3\) 点 \(C\),\(D\),\(E\) を通る円の外部・・・《ス:②》 

\(DR\times RB=4\sqrt{3}\times4\sqrt{3}=48\)

\(CR\times RE=3\times6=18\)

\( DR\times RB > CR\times RE \) より点 \(B\) は \(3\) 点 \(C\),\(D\),\(E\) を通る円の外部・・・《セ:②》 

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