下の図は、平面を同じ大きさの正三角形でしきつめたものです。また、下の図で表されるような位置に、点O,点X,点Y,直線XY があります。
点Y を中心にして、直線XY を反時計回りに 60度回転させたとき、点X が移る先の点を Z とします。
(1)点 Z を図1に黒丸で書き入れなさい。また、書き入れた黒丸の近くに Z と書きなさい。
(2)角XOZ の大きさを答えなさい。
次に、下の図2のような正六角形ABCDEF の形をした紙を考え、直線BD と直線CF の交点を I とします。点A と点 I が重なるようにこの紙を折り、元にもどします。すると、折り目は2つの辺 EF,AB と交わりました。このとき、折り目と辺EF との交点をP,辺AB との交点をQ とするとき、次の問に答えなさい。
(3)EP と PF の長さの比、およびAQ とQB の長さの比を最も簡単な整数の比で表しなさい。
(4)四角形AQPF の面積は、正六角形ABCDEF の面積の何倍になりますか。分数で答えなさい。
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(1)いきなり点X を回転させるのは難しいので、次のように考えましょう。
下の図3のように、点Y から点X へ、直線XY ではなく、
正三角形の線を通って向かう青線と赤線を考えます。
青線は正三角形の辺4本分、赤線は2本分です。

次に、下の図4のように、まず青線を60°回転させます。
下の図5のように、青線と赤線は120°をなしているので、
青線の先(W)から120°の角度で赤線を引けば、そこが点Z の位置になります。
三角形YVX と三角形YWZ が合同で、線VYが60°回転しているで、
線XY も60°回転して点Z の位置になります。
(2)下の図6のように、点X から点Z までを青線と赤線で結ぶことができ、
三角形YVX,YWZ,ZUX は合同なので、
XY=YZ=ZX とわかり、三角形XYZ は正三角形です。
点O はXY のまん中の点なので、
正三角形の頂点(Z)から底辺の真ん中の点へ線を引いたときにできる角XOZ は
90°(直角)となります。
(3)正六角形を図1に書きこむと、下の図7のようになります。
ちょうど、点A,I は、図1の点Y,X になります。
そして、点A を点 I と重なるように折ったときの折り目は、
直線A I と垂直に交わる線で、図6の点O,Z を結んだ線と同じになるので、
図6に書き込むと、下の図8のようになります。
点P はEF のまん中の点なので、EP : PF = 1 : 1 です。
次に、下の図9のように
三角形OQR と三角形OTS は合同で、
さらに三角形OPG と相似で、相似比が 1 : 2 なので、
QR の長さは、正三角形の1辺の長さの半分とわかり、
AQ : QB = 7 : 1 です。
(4)正六角形ABCDEF は、正三角形96個分の面積です。
四角形AQPF は、(3)より、三角形OQR と三角形OTS が合同なので、
面積を移すことができます。
また、下の図10で点T がSHのまん中の点なので、
三角形PTH の面積は、平行四辺形PGSH の面積の 4分の1 となります。

平行四辺形PGSH は正三角形4個分の面積なので、
三角形PTH の面積は、正三角形1個分の面積とわかります。
よって、四角形AQPF の面積は、
平行四辺形ARSF(正三角形24個分)
三角形PHF(正三角形4個分)
三角形PTH(正三角形1個分)
でできているので、
正三角形29個分ということがわかります。
ゆえに、四角形AQPF の面積は、正六角形ABCDEF の面積の
29/96倍
です。
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