共通テスト数学IA '23年第5問
(1) 円Oに対して、次の手順1で作図を行う。
−手順1 −−−−−−−−−−−−(Step 1) 円Oと異なる2点で交わり、中心Oを通らない直線
を引く。円Oと直線
との交点をA,Bとし、線分ABの中点Cをとる。 (Step2) 円Oの周上に、点Dを
が鈍角となるようにとる。直線CDを引き、円Oとの交点でDとは異なる点をEとする。 (Step3) 点Dを通り直線OCに垂直な直線を引き、直線OCとの交点をFとし、円Oとの交点でDとは異なる点をGとする。
(Step4) 点Gにおける円Oの接線を引き、直線
との交点をHとする。 −−−−−−−−−−−−−−−−
このとき、直線
と点Dの位置によらず、直線EHは円Oの接線である。このことは、次の構想に基づいて、後のように説明できる。
−構想−−−−−−−−−−−−−
直線EHが円Oの接線であることを証明するためには、
であることを示せばよい。
−−−−−−−−−−−−−−−−手順1の(Step1)と(Step4)により、4点C,G,H,
は同一円周上にあることがわかる。よって、
である。一方、点Eは円Oの周上にあることから、
がわかる。よって、
であるので、4点C,H,G,
は同一円周上にある。この円が点
を通ることにより、
を示すことができる。
の解答群
の解答群
の解答群
の解答群
(2) 円Oに対して、(1)の手順1とは直線
の引き方を変え、次の手順2で作図を行う。
−手順2 −−−−−−−−−−−−
(Step1) 円Oと共有点をもたない直線
を引く。中心Oから直線
に垂直な直線を引き、直線
との交点をPとする。 (Step2) 円Oの周上に、点Qを
が鈍角となるようにとる。直線PQを引き、円Oとの交点でQとは異なる点をRとする。 (Step3) 点Qを通り直線OPに垂直な直線を引き、円Oとの交点でQとは異なる点をSとする。
(Step4) 点Sにおける円Oの接線を引き、直線
との交点をTとする。 −−−−−−−−−−−−−−−−
このとき、
である。
円Oの半径が
で、
であったとすると、3点O,P,Rを通る円の半径は
であり、
である。
の解答群
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解答 円に内接する四角形の問題です。手順1と手順2とで円と直線
との位置関係が違うのですが、ほぼ同様に考えていけます。というか、手順2でも円と直線
が交わるとして考えると、(1)と(2)は全く同一状況となり、(2)も解答できてしまいます。
(1) 直線EHが円Oの接線であることを示すためには、
,つまり、
であることを示します。 アイ 90 ......[答]
円の中心Oと弦ABの中点Cとを結ぶと、
,つまり、
直線GHが円Oの接線であることから、
よって、4点C,G,H,Oは同一円周上にあります(円と図形を参照)。 ウ 3 ......[答]四角形COGHは円に内接する四角形で、対向する内角は補角をなすので、
,一方、
∴
エ 4 ......[答]
DとGは直線OCに関する対称点なので、
,一方、
は弦DGの上に立つ円周角で、中心角
の
なので、
オ 3 ......[答]よって、
,つまり、
円周角の定理の逆より、4点C,G,H,Eは同一円周上にあります。 カ 2 ......[答]つまり、四角形CHGOの外接円と四角形CGHEの外接円は同一の円で、この外接円は、四角形OGHEの外接円でもあります。
より、これと対向する内角
です。また、このことから、線分OHが、この外接円の直径になっていることがわかります。
(2) 右図でQから直線OPに下した垂線の足をHとします。
,
より、四角形OSTPは円に内接する三角形で、
と
は円に内接する四角形の対角なので互いに補角をなします。よって、
です。QとSは直線OPに関して対称なので、
,また、円周角
は中心角
の
であり、
よって、
キ 3 ……[答]よって、
と
は互いに補角をなし、四角形PRSTは円に内接する四角形であり、5点O,S,T,P,Rは同一円周の点です。また、
なので、OTはこの円の直径であり、3点O,P,Rを通る円の半径は
ク 3 ケ 6 コ 2 ......[答]円Oの半径
,
より、
サ 7 ......[答]
注.手順1と手順2で異なる手順に見えますが、手順2でも直線
が円と2点で交わるとして考えると、実は、全く同じ状況であって、手順2は、(1)で、C→P,D→Q,E→R,G→S,H→Tとしたものになっています。従って、(1)で
だったことから、
となります。
より、
です。また、(1)の結果より、手順2では、四角形OSTRの外接円の直径はOTで、3点O,P,Rを通る円(四角形OSTRの外接円に一致)の半径は
,円Oの半径
より、
,として解答できてしまいます。
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