問題12113・・・やどかりさんのブログ http://blogs.yahoo.co.jp/oka_yadokary/37404718.html#37404718 より Orz〜
円周を6等分する点A,B,C,D,E,Fと内部の点Pがあって、
線分PA,PB,PC,PD,PE,PFで円を6分割します。
その面積が左回りに 8,13,14,S,T,U であるとき、(S,T,U)=?
解答
[解答1]
△PAB=a,△PBC=b,△PCD=c,△PDE=d,△PEF=e,△PFA=f,正六角形ABCDEF=6s とし、
円の半径を r,xy平面上で A(2r,0),D(−2r,0),BC:y=r√3,EF:y=−r√3 とします。
a+d=b+e=c+f=2s で、
ADを a:d に内分する点のx座標は (2rd−2ra)/(a+d)=(2rd−2ra)/(2s)=(d−a)r/s だから、
Pは y=−(√3){x−(d−a)r/s} 上にあります。
ADを f:c に内分する点のx座標は (2rc−2rf)/(f+c)=(2rc−2rf)/(2s)=(c−f)r/s だから、
Pは y=(√3){x−(c−f)r/s} 上にあります。
よって、Pのy座標を y とすれば、2y=−(√3){x−(d−a)r/s}+(√3){x−(c−f)r/s} 、
2y=(√3)(d−a)r/s−(√3)(c−f)r/s 、2y/(r√3)=(d−a−c+f)/s=(2s−a−a−c+2s−c)/s 、
y/(r√3)=(2s−a−c)/s になります。
b:e=(r√3−y):(y+r√3)={1−y/(r√3)}:{y/(r√3)+1}
={1−(2s−a−c)/s}:{(2s−a−c)/s+1}=(s−2s+a+c):(2s−a−c+s) 、
=(−s+a+c):(3s−a−c) です。
ここで、(−s+a+c)+(3s−a−c)=2s ですので、b=−s+a+c 、c=s+b−a になります。
c+k=(s+k)+(b+k)−(a+k) ですので、円と正六角形の間の1つの面積を k と考えれば、
円と線分PA,PB,PC,PD,PE,PFで囲まれる部分の面積を a,b,c,d,e,f とし、
中心角が 60゚ の扇形の面積を s とした場合も c=s+b−a は成り立ちます。
本問では、14=s+13−8 ,S=s+14−13 ,T=s+S−14 ,U=s+T−S が成り立ち、
s=9 ,S=10 ,T=5 ,U=4 、(S,T,U)=(10,5,4) です。
[解答2]
右図のように、BC,DE,FAを延長してできる正三角形を △KLM、
正六角形ABCDEF=6s とすれば、△KLM=9s です。
△PBC+△PDE+△PFA=△PKL/3+△PLM/3+△PMN/3
=(△PKL+△PLM+△PMN)/3=△KLM/3=3s 、
△PAB+△PCD+△PEF=正六角形ABCDEF−(△PBC+△PDE+△PFA)=3s 、
円の半径を r,1辺が r の正三角形の高さを h とすれば、rh/2=s ですので、
△PAB+△PDE=△PBC+△PEF=△PCD+△PFA=r・2h/2=2s になります。
円と正六角形の間の1つの面積をそれぞれの三角形の面積に加えると、
13+S+U=8+14+T ,8+S=13+T=14+U になり、
T=S−5 ,U=S−6 を 13+S+U=8+14+T に代入し、13+S+S−6=8+14+S−5 、
S=10 ,T=5 ,U=4 、(S,T,U)=(10,5,4) です。
*これは気づけましたけど…
解答のようにスマートな証明には気づけませんでしたわ ^^;v
正六角形内部の点と対辺でできる三角形の和=正六角形/3 また、半分のどちらかに点Pがあるので、
半径r,高い方の高さx,中心から辺までの距離h として、
半分の面積=2r(x-h)/2+r(2h-x)/2=xh/2 so…正六角形の半分の面積=一つ飛ばしの3個の△の和 それらに同じ扇形を加えても同じことが言えるので... so…8+S=13+T=14+U, 8+14+T=13+S+U 22+T=26+2T-22+13 T=44-39=5,S=10, U=4 けっきょく… (S,T,U)=(10,5,4)
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