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鋭角三角形ABCにおいて、頂点から対辺への垂線を AD,BE,CF 、△ABCの垂心を H とします。
AF=44/15 ,AH=64/15 ,AE=56/15 のとき、(FB,HD,EC)=? 解答
上記サイト https://blogs.yahoo.co.jp/oka_yadokary/38863333.html より Orz〜
[解答1]
cos∠HAF=AF/AH=(44/15)/(64/15)=11/16 より sin∠HAF=(3√15)/16 、 cos∠HAE=AE/AH=(56/15)/(64/15)=7/8 より sin∠HAE=(√15)/8 、 cos∠BAC=cos(∠HAF+∠HAE)=cos∠HAFcos∠HAE−sin∠HAFsin∠HAE=77/128−45/128=1/4 、 BAcos∠BAC=AE だから、BA/4=56/15 、BA=224/15 、FB=BA−AF=224/15−44/15=12 、 CAcos∠BAC=AF だから、CA/4=44/15 、CA=176/15 、EC=CA−AE=176/15−56/15=8 、 四角形FBDHは円に内接するので、方べきの定理より、AH・AD=AF・AB 、 (64/15)AD=(44/15)(224/15) 、AD=154/15 、HD=AD−AH=154/15−64/15=6 になって、 (FB,HD,EC)=(12,6,8) です。 [解答2] △HAFにおいて、HA:AF=64/15:44/15=16:11 、三平方の定理より、HA:AF:FH=16:11:3√15 です。 △HCD∽△HAF より、HC:CD:DH=HA:AF:FH=16:11:3√15 だから、 HC=16k ,CD=11k ,DH=(3√15)k とします。 △HAEにおいて、HA:AE=64/15:56/15=8:7 、三平方の定理より、HA:AE:EH=8:7:√15 です。 AE:EH=7:√15 から、56/15:EH=7:√15 、7EH=56/√15 、EH=8/√15 です。 △HBD∽△HAE より、HB:BD:DH=HA:AE:EH=8:7:√15=24:21:3√15 だから、 HB=24k ,BD=21k になり、BC=BD+CD=21k+11k=32k です。 △BCF∽△HAF より、 BC:CF:FB=HA:AF:FH=16:11:3√15=32:22:6√15 だから、CF=22k ,FB=(6√15)k 、 △CBE∽△HAE より、
CB:BE:EC=HA:AE:EH=8:7:√15=32:28:4√15 だから、BE=28k ,EC=(4√15)k 、 EH=BE−BH=28k−24k=4k ですので、4k=8/√15 、k=2/√15です。 これで、図中の線分すべての長さが分かったことになり、 (FB,HD,EC)=((6√15)k,(3√15)k,(4√15)k)=(12,6,8) です。 [解答3] 一般化すると(かなり面倒でした) AD=a ,BE=b ,CF=c ,FB=x ,HD=y ,EC=z とします。 四角形FBDH,四角形HDCE は円に内接するので、方べきの定理より、 AF・AB=AH・AD=AE・AC 、a(a+x)=b(b+y)=c(c+z)=k とおくと、 ax=k−a2 ,by=k−b2 ,cz=k−c2 、x=k/a−a ,y=k/b−b ,z=k/c−c 、 メネラウスの定理より、(AH/HD)(DC/CB)(BF/FA)=1 ,(AH/HD)(DB/BC)(CE/EA)=1 、 (AH/HD)(DC/CB)=FA/BF ,(AH/HD)(DB/BC)=EA/CD 、辺々加えて、 (AH/HD)(DC/CB+DB/BC)=FA/BF+EA/CD 、(AH/HD)(DC+DB)/BC=FA/BF+EA/CD 、 b/y=a/x+c/z 、bxz=ayz+cxy 、b2axcz=a2bycz+c2axby 、 b2(k−a2)(k−c2)=a2(k−b2)(k−c2)+c2(k−a2)(k−b2) 、 b2k2−a2b2k−b2c2k+a2b2c2=a2k2−a2b2k−a2c2k+a2b2c2+c2k2−a2c2k−b2c2k+a2b2c2 、 (a2+c2−b2)k2−2a2c2k+a2b2c2=0 、 ここで、△ABCは鋭角三角形だから、a2+c2−b2>0 、 左辺に k=b2 を代入すれば、(a2+c2−b2)b4−a2b2c2=−b2(b2−a2)(b2−c2)<0 だから、 k の2つの解は b2 より大きいものと小さいもので、by=k−b2>0 より k>b2 だから、大きい方の解が適します。 (a2+c2−b2){k/(ac)}2−2ac{k/(ac)}+b2=0 、 k/(ac)=〔ac+√{a2c2−(a2+c2−b2)b2}〕/(a2+c2−b2) 、 k=ac〔ac+√{(b2−a2)(b2−c2)}〕/(a2+c2−b2) になります。 t=4/15 とおけば、a=AF=44/15=11t ,b=AH=64/15=16t ,c=AE=56/15=14t だから、 k=154t2{154t2+√(135t2・60t2)}/(61t2)=154t2(154+90)/61=616t2 です。 (FB,HD,EC)=(x,y,z)=(k/a−a,k/b−b,k/c−c)=(616t2/(11t)−11t,616t2/(16t)−16t,616t2/(14t)−14t) =(56t−11t,77t/2−16t,44t−14t)=(45t,45t/2,30t)=15t(3,3/2,2)=4(3,3/2,2)=(12,6,8) です。 *なんとか気づけましたわ ^^;
FH=12/√15, HE=8/√15
△BFH~△CEHで...辺の比は3:2 CH=x... tan角A=FC/AH=(12/√15+x)/(44/15)=(8/√15+(3x/2))/(56/15) so...x=32/√15 so...EC^2=(32/√15)^2-(8/√15)^2=64...EC=8 so....FB=8*(3/2)=12 so...BH^2=12^2+2^2/15=12^2(1+1/15)=12^2*(16/15) ...BH=48/√15 so...HD=(48/√15)(8/√15)/(64/15)=6 結局... (FB,HD,EC)=(12,6,8) |

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