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相似な図形の面積の比

相似な図形の面積の比が辺の比を 2 回かけた比(相似比 なら面積比 )になることや、高さの等しい三角形の面積の比と組み合わせて、図形の一部分の面積を求められる

前提

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算数中学高校大学大学院

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説明

形が同じで大きさだけがちがう図形(相似な図形)では、面積の比は、相似比のそれぞれの数を 2 回かけた比になります。たとえば相似比が 2 : 3 なら、面積の比は です。これを使うと、三角形の中に辺と平行な線をひいてできた小さい三角形や台形の面積を、全体の面積から求められます。高さの等しい三角形の面積の比と組み合わせると、図形のいろいろな部分の面積が求められるようになります。

なぜそうしてよいのか

三角形 ABC で、辺 AB 上の点 D を通り BC に平行な線をひき、AC と交わる点を E とします。三角形 ADE と三角形 ABC はピラミッド型の相似で、たとえば AD : AB = 2 : 3 なら AE : AC = 2 : 3 です。

ここで、三角形 ABE をあいだにはさんで比べてみます。三角形 ADE と三角形 ABE は、底辺を AD と AB と見ると、どちらも頂点が E で高さが等しいので、面積の比は AD : AB = 2 : 3 です。つまり三角形 ADE は三角形 ABE の です。次に、三角形 ABE と三角形 ABC は、底辺を AE と AC と見ると、どちらも頂点が B で高さが等しいので、三角形 ABE は三角形 ABC の です。

したがって三角形 ADE は三角形 ABC の になり、面積の比は です。直観的には、「横の長さも 、高さも 」に縮むので、面積は を 2 回かけた分になる、と考えることもできます。相似比が 1 回しかかからないのではなく、2 回かかることがいちばん大事な点です。

手順

  1. 平行線などから、相似な図形の組(ピラミッド型・砂時計型)を見つける

  2. 対応する辺の長さから相似比を求め、できるだけ簡単な比にする(例: 2 : 3)

  3. 相似比のそれぞれの数を 2 回かけて、面積の比を求める(例: )

  4. わかっている面積を、面積の比で何倍・何分のいくつにすればよいかを考え、求めたい図形の面積を出す(台形などは、大きい三角形から小さい三角形をひいて求める)

例題

三角形 ABC の面積は 72 cm² です。辺 AB 上に点 D を、AD : DB = 2 : 1 となるようにとります。D を通り辺 BC に平行な直線が辺 AC と交わる点を E とします。四角形 DBCE の面積は何 cm² ですか。

例題の解答

手順 1: DE と BC が平行なので、三角形 ADE と三角形 ABC はピラミッド型の相似です。

手順 2: AD : DB = 2 : 1 なので、AD : AB = 2 : (2 + 1) = 2 : 3 です。これが相似比です。

手順 3: 面積の比は です。

手順 4: 三角形 ADE の面積は (cm²) です。四角形 DBCE は三角形 ABC から三角形 ADE を取りのぞいた部分なので、面積は (cm²) です。

答え:

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

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