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問題9004・・・やどかりさんのブログ http://blogs.yahoo.co.jp/oka_yadokary/35569800.html より Orz〜
鋭角三角形ABCとその外心Oについて、面積が △OBC=64 ,△OCA=119 ,△OAB=132 のとき、
外接円の半径 R=? また、辺の比 BC:CA:AB=?
解答
[解答1]
△OBC:△OCA:△OAB=(R2/2)sin2A:(R2/2)sin2B:(R2/2)sin2C=sin2A:sin2B:sin2C だから、
sin2A=64k,sin2B=119k,sin2C=132k とおくことができます。
sin2B+sin2C−sin2A=2sin(B+C)cos(B−C)−sin2A=2sin(π−B−C)cos(B−C)−sin2A
=2sinAcos(B−C)−sin2A=2sinAcosAcos(B−C)/cosA−sin2A=sin2A{cos(B−C)/cosA−1} 、
よって、cos(B−C)/cosA−1=(sin2B+sin2C−sin2A)/sin2A です。
cos(B−C)/cosA−1=cos(B−C)/cosA+cos(B+C)/cosA=2cosBcosC/cosA ですので、
cosBcosC/cosA=(sin2B+sin2C−sin2A)/(2sin2A)=(sin2A+sin2B+sin2C)/(2sin2A)−1 、
sin2A+sin2B+sin2C=64k+119k+132k=315k だから、cosBcosC/cosA=315k/(2sin2A)−1 、
cosBcosC/cosA=315k/(2・64k)−1=187/128 ……(1) になり、同様に、
cosCcosA/cosB=315k/(2・119k)−1=11/34 ……(2) ,
cosAcosB/cosC=315k/(2・132k)−1=17/88 ……(3) 、
(1)×(2)×(3) より cosAcosBcosC=187/2048 ……(4) 、
(4)÷(1) ,(4)÷(2) ,(4)÷(3) より、cos2A=1/16 ,cos2B=289/1024 ,cos2C=121/256 、
sin2A=1−cos2A=15/16 ,sin2B=1−cos2B=735/1024 ,sin2C=1−cos2C=135/256 、
coaA=1/4 ,sinA=(√15)/4 ,sinB=(7√15)/32 ,sinC=(3√15)/16 です。
△OBC=(R2/2)sin2A=R2sinAcosA 、64=R2(√15)/16 、R=32/4√15 、
また、正弦定理より BC:CA:AB=sinA:sinB:sinC=1/4:7/32:3/16=8:7:6 です。
△ABC=2R2sinAsinBsinC を使えば、315=R2・(315√15)/1024 より R=32/4√15 です。
[解答2] たけちゃんさんの解答より
△OBC=α,△OCA=β,△OAB=γ と一般化する.
直線AOと辺BCの交点をD,直線AOと外接円のA以外の交点をEとすると,
BD:DC=γ:βより,BD=γBC/(β+γ),DC=βBC/(β+γ) .
AO:OD=(β+γ):αより,AO:OD:DE=(β+γ):α:(−α+β+γ) であり,
AD=(α+β+γ)R/(β+γ),DE=(−α+β+γ)R/(β+γ) .
方べきの定理より,
βγ{BC/(β+γ)}2=(α+β+γ)(−α+β+γ){R/(β+γ)}2 .
BC=R√{(α+β+γ)(−α+β+γ)/βγ} .
同様にして,
CA=R√{(α+β+γ)(α−β+γ)/αγ} ,AB=R√{(α+β+γ)(α+β−γ)/αβ} を得て,
BC:CA:AB=√{α(−α+β+γ)}:√{β(α−β+γ)}:√{γ(α+β−γ)} .
α=64,β=119,γ=132であるから,
BC:CA:AB=8:7:6 .
さらに,R=2BC/√15 が得られる.
3辺が8,7,6である三角形の面積は,(21√15)/4 であり,
三角形ABCの面積はその4√15倍より,BC=16・4√15 となって,R=32/4√15 .
[解答3] uch*n*anさんの解答より
太字はベクトルを表すものとします。
OB=b,OC=c,x,yを正の実数として,OA=−xb−yc,とおきます。
△OBC=|b×c|/2=64,|b×c|=128,
△OCA=|c×(−xb−yc)|/2=x|b×c|/2=119,x=119/64,
△OAB=|(−xb−yc)×b|/2=y|b×c|/2=132,y=33/16,
OA=−xb−yc=−(119b+66c)/64,です。
|−xb−yc|=|b|=|c|=Rより,|−xb−yc|2=(x2+y2)R2+2xy(b・c)=R2,
b・c=(1−x2−y2)R2/(2xy)={1−(119/64)2−(33/16)2}R2/{2(119/64)(33/16)}=(−7/8)R2,
一方で,|b×c|2+|b・c|2=(|b||c|)2,なので,
1282+{(−7/8)R2}2=R4,(15/64)R4=214,R4=220/15,R=32・15-1/4,
さらに,
BC2=|c−b|2=|c|2−2(b・c)+|b|2=R2+(7/4)R2+R2=(15/4)R2,
CA2=|(−xb−yc)−c|2=|−xb−yc|2+2x(b・c)+(2y+1)|c|2
=R2−(119/32)(7/8)R2+(33/8+1)R2=(735/256)R2,
AB2=|b−(−xb−yc)|2=(1+2x)|b|2+2y(b・c)+|−xb−yc|2
=(1+119/32)R2−(33/8)(7/8)R2+R2=(135/64)R2,
BC2:CA2:AB2={(15/4)R2}:{(735/256)R2}:{(135/64)R2}=64:49:36,BC:CA:AB=8:7:6,です。
結局,R=32・15-1/4,BC:CA:AB=8:7:6,になります。
[解答4]
△OBC,△OCA,△OAB の BC,CA,AB を底辺とする高さを a,b,c とします。
3個の二等辺三角形を2等分し並べかえると 半径Rの半円内に収まる四角形になります。
この四角形を分けた面積比は 2a・2R:2b・2c=2・64:(119+132−64)=128:187 、
aR/(bc)=128/187 、同様に、bR/(ca)=34/11 、cR/(ab)=88/17 になります。
aR/(bc):bR/(ca):cR/(ab)=128/187:34/11:88/17 だから、
a2:b2:c2=64:289:484 、a:b:c=8:17:22 、
BC:CA:AB=64/a:119/b:132/c=64/8:119/17:132/22=8:7:6 です。
次に、a=8k,b=17k,c=22k とおきます。
aR/(bc)=128/187 より 8kR/(17k・22k)=128/187 、R=32k=4a 、
a√(R2−a2)=64 だから、a2√15=64 、a=8/4√15 、R=4a=32/4√15 です。
★ 本問は、[562] http://blogs.yahoo.co.jp/oka_yadokary/32454610.html の類題です。
*いろいろ上手そうな解法があるものなのねぇ☆
わたしゃ...結構いい加減だったりしました…^^;
内部の角度を角AOB=α,角AOC=β(鈍角),角BOC=γ(鈍角)とする sinγ=sin(360-α-β)=sin(α+β) sinα : sinβ : sinγ =132 : 119 : 64 sinγ=sinα*cosβ+sinβ*cosα 64*t=(132t*√(1-119^2*t^2)+119*t√(1-132^2*t^2)) 64=132*√(1-119^2*t^2)+119*√(1-132^2*t^2) t=√15/512 2S=2*315=R^2*t*(132+119+64) 2=R^2*(√15/512) R=32/15^(1/4)
α,β,γがすべて鈍になることが言えないまま…^^;;
cosα : cosβ : cosγ =-√(1-132^2*t^2) : -√(1-119^2*t^2) : -√(1-64^2*t^2) =-7/128 : -223/512 : -7/8 AB : AC : BC =√(1+7/128) : √(1+223/512) : √(1+7/8) =3√30/16 : 7√30/32 : √30/4 =6 : 7 : 8
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