数学 第4章
相似
解説編
相似な図形の性質と証明
① 導入
問題編の解答と要点解説です。途中式・根拠を省略せず確認してください。
② 基本概念
問題編の基本概念を参照。
③ 図解
問題編の図解を参照。
④ 例題 解説
例1 相似な図形で必ず等しいものは?
答え:a(対応する角)
例2 相似比 2:3 の面積比
面積比は相似比を2乗する。2²:3²=4:9。
答え:4:9
例3 相似比 1:2、小さい方の辺 5cm の対応辺
小:大=1:2 だから 5:x=1:2。x=5×2=10。
答え:10cm
⑤ 基本問題 解説
1 △ABC と △DEF で ∠A=∠D, ∠B=∠E のとき
答え:a(相似)
2 平行線で線分が切られるとき、比はどうなるか説明
例えば △ABC で DE∥BC、DがAB上、EがAC上なら △ADE∽△ABC。よって AD:AB=AE:AC=DE:BC。
答え:平行線によってできる対応する線分の比は等しい。
3 相似比 3:5、大の周 40cm の小の周
小:大=3:5、周の長さも同じ比。小を x とすると x:40=3:5、x=40×3÷5=24。
答え:24cm
4 面積比 9:25 の相似比
答え:a(3:5)
5 合同は相似比がいくつ?
答え:1:1
⑥ 標準問題 解説
6 中点連結定理の内容を書け
△ABCでAB・ACの中点をD・Eとすると、DE∥BC、DE=BC÷2。例えばBC=14cmならDE=7cm。
答え:中点連結線は第三辺に平行で、長さは第三辺の半分。
7 相似比 2:5、小の面積 8 の大の面積
小:大=2:5 なので面積比=2²:5²=4:25。大の面積を x とすると 8:x=4:25、x=8×25÷4=50。
答え:50cm²
8 立体の相似比 1:2 の体積比
答え:a(1:8)
9 証明:AA 相似の手順の要点
∠A=∠D、∠B=∠E を根拠とともに示す。残りの角も等しくなるので、対応順を A↔D、B↔E、C↔F として △ABC∽△DEF。
答え:2組の対応する角がそれぞれ等しいことを示し、対応順を明記する。
⑦ 応用・入試形式 解説
13 DE∥BC、AD:DB=2:3、△ADE=8cm² のとき四角形DBCEの面積
AD:DB=2:3 なので AD:AB = 2:(2+3) = 2:5
DE∥BC より △ADE∽△ABC。相似比は 2:5
面積比は相似比の2乗なので、△ADE:△ABC = 2²:5² = 4:25
△ABCの面積を x とすると 8:x = 4:25 → x = 8×25÷4 = 50cm²
四角形DBCE = △ABC − △ADE = 50 − 8 = 42cm²
なぜ:「残りの図形」の面積は直接比を作れないので、必ず「全体−部分」で求める。
14 台形ABCD(AD∥BC)の対角線の交点PでAP:PC
AD∥BC なので、AC を横切る位置関係から ∠DAP=∠BCP(錯角)、∠ADP=∠CBP(錯角)
2組の角がそれぞれ等しいので △APD∽△CPB
対応する辺の比は AD:CB(対応順に注意)= 6:10 = 3:5
したがって AP:CP = 3:5
なぜ:台形の対角線が作る相似は、上底・下底の長さの比がそのまま対角線の分割比になる(覚えておくと便利な定番パターン)。
15 棒と影(1.5m,2m)、塔の影12m → 塔の高さと影先端からの距離
同じ時刻の太陽光は平行なので、棒とその影、塔とその影はそれぞれ相似な直角三角形を作る
棒の高さ:影の長さ = 塔の高さ:塔の影の長さ より 1.5:2 = h:12
h = 1.5×12÷2 = 9m(塔の高さ)
影の先端から塔の先端までの距離は、塔の高さ9mと影12mを2辺とする直角三角形の斜辺
斜辺² = 9² + 12² = 81 + 144 = 225 → 斜辺 = 15m
なぜ:相似で「高さ」を求めたあと、三平方の定理で「距離(斜辺)」を求める、2つの単元を続けて使う複合問題。
16 AB∥CD、AC・BDの交点P、AB=6,CD=9,AP=4 → PCと面積比
∠APB と ∠CPD は対頂角なので等しい
AB∥CD なので ∠ABP=∠CDP(錯角)
2組の角がそれぞれ等しいので △APB∽△CPD、相似比は AB:CD = 6:9 = 2:3
AP:CP も同じ比になるので 4:PC = 2:3 → PC = 4×3÷2 = 6cm
面積比は相似比の2乗なので △APB:△CPD = 2²:3² = 4:9
なぜ:「対頂角+錯角」の組み合わせで相似を示す形(蝶の形・ちょうちょ型)は、平行線が出てきたら真っ先に疑うパターン。
⑧ 確認テスト 解説
確認1 相似比 5:7 の面積比
答え:25:49
確認2 相似の条件として正しい
答え:a(AA)
確認3 相似比 1:3、大の辺 12 の小の辺
答え:4
確認4 平行線と比の定理を一言で
DE∥BCなら △ADE∽△ABC から AD:AB=AE:AC。例えばAD=3、AB=9、AE=4なら 3:9=4:AC、AC=12。
答え:平行線は二辺を同じ比に分ける。
確認5 体積比 8:27 の相似比
答え:2:3
⑨ 完全解説
間違えた問題は解き直しマークを付け、翌日もう一度解こう。