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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