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平面図形の問題

難易度 4中学入試の標準レベル算数 平面図形

辺 AB の長さが 3 cm、辺 BC の長さが 4 cm、対角線 AC の長さが 5 cm の長方形 ABCD があり、頂点は A, B, C, D の順に並んでいます。この長方形を、辺 BC が直線 にぴったり重なるように置きます(点 C は点 B の右側、点 A と点 D は直線 の上側にあります)。

この長方形を、直線 の上で、すべらないように右へ転がします。はじめは点 C を中心に時計回りに 90 度回転させて辺 CD を直線 に重ね、次は点 D を中心に 90 度回転させ、というように、直線 上にある右側の頂点を中心に 90 度ずつ回転させていきます。辺 BC がふたたび直線 に重なるまで転がしたとき、頂点 A が動いたあとの線の長さは何 cm ですか。円周率は 3.14 とします。

5 cm3 cm4 cm
はじめの位置。矢印の向き(右)へ転がす

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(5 技能)
算数中学高校大学大学院

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  1. 小数の四則計算
  2. 円の周の長さと面積
  3. 分数のたし算・ひき算
  4. 分数のかけ算・わり算
  5. おうぎ形の弧の長さと面積

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

長方形はどの頂点を中心に、何回回転するか順に書き出しましょう。中心は C, D, A, B の順です。

ヒント 2

それぞれの回転で、A は「回転の中心から A までの長さ」を半径とする、中心角 90 度の弧をえがきます。A が中心のときは動きません。

ヒント 3

半径は順に 5 cm、4 cm、(動かない)、3 cm です。中心角 90 度の弧の長さは(半径)×2×3.14÷4 で求められます。

答えと解説

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解説を読む

長方形は、点 C、点 D、点 A、点 B の順に、それぞれを中心として 90 度ずつ、合わせて 4 回回転すると、辺 BC がふたたび直線 に重なります。それぞれの回転で、頂点 A は回転の中心からの長さを半径とし、中心角 90 度のおうぎ形の弧をえがきます。

  • 1 回目(中心 C): 半径は CA cm
  • 2 回目(中心 D): 半径は DA BC cm
  • 3 回目(中心 A): A は回転の中心なので動きません
  • 4 回目(中心 B): 半径は BA cm

中心角 90 度の弧の長さは(半径)×2×3.14÷4 なので、3 つの弧の長さの和は

です。3.14 をかける計算をまとめると、

となります。

答え: 18.84 cm

別解

転がす順に、直線 ℓ にふれる辺と回転の中心を調べます。

1 回目:辺 BC が直線にあり、点 C を中心に回転して辺 CD が直線に重なる。点 A から中心 C までの長さは対角線 AC=5 cm なので、A は半径 5 cm の四分円の弧をえがく。長さは 5×2×3.14÷4=7.85 cm。

2 回目:辺 CD が直線にあり、右側の頂点 D を中心に回転して辺 DA が直線に重なる。点 A から中心 D までの長さは AD=BC=4 cm なので、半径 4 cm の四分円の弧。長さは 4×2×3.14÷4=6.28 cm。

3 回目:辺 DA が直線にあり、右側の頂点は A。A が回転の中心なので A は動かない(長さ 0 cm)。このとき辺 AB が直線に重なる。

4 回目:辺 AB が直線にあり、右側の頂点 B を中心に回転して辺 BC が直線に重なる。点 A から中心 B までの長さは AB=3 cm なので、半径 3 cm の四分円の弧。長さは 3×2×3.14÷4=4.71 cm。

これで辺 BC がふたたび直線に重なる。合計は 7.85+6.28+0+4.71=18.84 cm です。

確かめ:(5+4+3)×2×3.14÷4=12×1.57=18.84 cm で一致します。

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