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通過算

列車が電柱・鉄橋・トンネルを通過するときに進む道のり(列車の長さ + 鉄橋の長さ)を考え、列車どうしのすれちがい・追いこしでは速さの和・差を使って、時間・速さ・長さを求められる

前提

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算数中学高校大学大学院

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  1. 小数の四則計算 (算数 計算と数のきまり)
  2. 速さ・時間・道のりの関係 (算数 速さ)
  3. 旅人算(出会い・追いつき) (算数 速さ)

説明

列車には長さがあるので、電柱・鉄橋・トンネルを通過するときに列車が進む道のりは、列車の長さを考えに入れて決める必要があります。この技能では、通過するときに進む道のり(たとえば 列車の長さ + 鉄橋の長さ)を正しく考え、時間・速さ・長さを求められるようになります。また、列車どうしのすれちがいや追いこしでは、旅人算と同じように速さの和や差を使って求められるようになります。このような問題を通過算といいます。

なぜそうしてよいのか

列車の動きを考えるときは、列車全体ではなく、列車の 1 点(たとえば先頭や最後尾)の動きに注目します。

電柱を通過するのは、先頭が電柱の前に来てから、最後尾が電柱をはなれるまでです。その間に最後尾は、はじめ電柱から列車の長さの分だけ後ろにいて、電柱の位置まで進むので、進む道のりは「列車の長さ」です。

鉄橋をわたり始めてからわたり終わるまでは、先頭が鉄橋の入口に来てから、最後尾が鉄橋の出口をはなれるまでです。最後尾に注目すると、はじめは入口から列車の長さの分だけ後ろにいて、出口まで進むので、進む道のりは「列車の長さ + 鉄橋の長さ」です。トンネルも同じです。

2 本の列車がすれちがうときは、先頭どうしが出会ってから最後尾どうしがはなれるまでに、2 本の最後尾の間の道のり(2 本の列車の長さの和)が 0 になると考えます。向かい合って進むので、旅人算の出会いと同じく速さの和でちぢまります。追いこすときは、速い列車の先頭が遅い列車の最後尾に追いついてから、速い列車の最後尾が遅い列車の先頭をはなれるまでで、やはり長さの和を速さの差でちぢめると考えます。

手順

  1. 列車が何を通過するのか(電柱・鉄橋・トンネル・別の列車)と、「いつからいつまで」かを確かめる。

  2. 列車の 1 点(最後尾など)に注目して、その間に進む道のりを求める。電柱なら列車の長さ、鉄橋・トンネルなら 列車の長さ + 鉄橋(トンネル)の長さ、すれちがい・追いこしなら 2 本の列車の長さの和。

  3. 速さを決める。1 本の列車なら列車の速さ、すれちがいなら 2 本の速さの和、追いこしなら速さの差。単位(秒速・m など)をそろえる。

  4. 道のり ÷ 速さ で時間を求める。速さや長さを求めるときは、道のり = 速さ × 時間 で逆にたどる。

  5. 答えが問題の条件に合うか確かめる。

例題

長さ 160 m の列車が、秒速 20 m で長さ 440 m の鉄橋をわたります。列車の先頭が鉄橋にさしかかってから、列車の最後尾が鉄橋をわたり終わるまでに何秒かかりますか。

例題の解答

手順 1: 鉄橋を通過する問題で、先頭が鉄橋の入口に来てから、最後尾が鉄橋の出口をはなれるまでの時間を求めます。

手順 2: 最後尾に注目すると、はじめは入口から 160 m 後ろにいて、出口まで進みます。進む道のりは m です。

手順 3: 速さは秒速 20 m で、道のりも m なので単位はそろっています。

手順 4: かかる時間は 秒です。

手順 5: 確かめると、30 秒で m 進み、列車の長さと鉄橋の長さの和と合っています。

よって、30 秒かかります。

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。

入口の問題

この技能を使う問題