空間図形の問題
頂点が 、底面の半径が 、母線の長さが の円錐があります。底面の円周上の点 から、円錐の側面にそって糸を 1 周巻きつけて、もとの点 までもどします。糸の長さがもっとも短くなるときの糸の長さは何 ですか。
この問題で使うもの
- 円錐の側面にそった最短経路(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(20 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
円錐の側面の展開図(おうぎ形)をかき、最短の糸を展開図の上の線分(おうぎ形の弦)として考えます。
ヒント 2
展開図のおうぎ形の中心角は で求められます。
ヒント 3
中心角は なので、弦は等しい 2 辺が の直角二等辺三角形の斜辺になります。
答えと解説
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解説を読む
円錐の側面を、母線 で切って開くと、半径 のおうぎ形になります。このとき点 はおうぎ形の弧の両端の 2 点に分かれます。これを , とします。
おうぎ形の中心角は
です。
側面にそって 1 周巻きつけた糸は、展開図では から までの線になります。もっとも短くなるのは、これが線分 になるときです。
三角形 は 、 の直角二等辺三角形なので、三平方の定理より
なので
答えは です。
別解
側面の展開図はおうぎ形で、半径 、中心角は 。糸は展開図上で、おうぎ形の両端の半径の端どうし( と )を結ぶ線分が最短。 は の直角二等辺三角形なので 。確かめ: 。答えは 。