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数学I

三角さんかく応用おうよう

最終確認日:

このしょうまなぶこと

だい 6 しょうまなんだ三角比さんかくひ直角ちょっかくでない三角形さんかくけい にも適用てきようする武器ぶき正弦定理せいげんていり余弦定理よげんていり です。 これで 「3 つの情報じょうほうから三角形さんかくけい完全かんぜんめる」 ことができます。

  • 正弦定理せいげんていり asinA=2R\dfrac{a}{\sin A} = 2Rかたち使つかかた
  • 余弦定理よげんていり a2=b2+c22bccosAa^2 = b^2 + c^2 - 2bc\cos A
  • 三角形さんかくけい決定けってい条件じょうけん (1 かく 2 へんなど)
  • どっちを使つかうかの判断はんだん基準きじゅん
  • かくおおきさの判定はんてい (cos\cos符号ふごう)

ポイント: かく対辺たいへんのセット」 が 2 くみそろうなら正弦定理せいげんていり「3 へん」 か 「2 へんはさかく」 なら余弦定理よげんていり。 これだけさえれば 9 わりけます。

1. 三角形さんかくけい表記ひょうき

標準ひょうじゅん表記ひょうき

ABC\triangle ABC で:

  • 頂点ちょうてんA,B,CA, B, C (大文字おおもじ)
  • かく頂点ちょうてんたいするへんa,b,ca, b, c (小文字こもじ対面たいめん)
  • かく頂点ちょうてん内角ないかくA,B,CA, B, Cあらわす (兼用けんよう)
かく対辺たいへん
AAa=BCa = BC
BBb=CAb = CA
CCc=ABc = AB

大事だいじ:AA対辺たいへんaa」 という約束やくそくがこのしょうぜん公式こうしきかぎかならえがいて確認かくにん

2. 正弦せいげん定理ていり

公式こうしき

ABC\triangle ABC外接円がいせつえん半径はんけいRR とすると

asinA=bsinB=csinC=2R\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C} = 2R

意味いみ

へんaa ÷ たいかくAA の sin = 一定いってい (= 直径ちょっけい2R2R)」。 三角形さんかくけいのどのへんってもおなになる、 という強力きょうりょく関係かんけい

使つかいどころ

あたえられた情報じょうほう使つかえるかもとまるもの
1 かく + 対辺たいへん2R2Rもとまるへんかく
2 かく + 1 へんのこりのかくがわかれば全部ぜんぶのこりのへん

例題れいだい

ABC\triangle ABCa=6a = 6, A=30°A = 30° のとき、 外接円がいせつえん半径はんけいRRもとめよ。

2R=asinA=6sin30°=61/2=122R = \frac{a}{\sin A} = \frac{6}{\sin 30°} = \frac{6}{1/2} = 12 R=6R = 6

例題れいだい 2

A=45°A = 45°, B=60°B = 60°, a=4a = 4 のとき bbもとめよ。

asinA=bsinB\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} b=asinBsinA=4sin60°sin45°=43222=432=26b = \frac{a \sin B}{\sin A} = \frac{4 \cdot \sin 60°}{\sin 45°} = \frac{4 \cdot \frac{\sqrt{3}}{2}}{\frac{\sqrt{2}}{2}} = \frac{4\sqrt{3}}{\sqrt{2}} = 2\sqrt{6}

ポイント: かく対辺たいへんをペアでる」sinA\sin Aaa, sinB\sin Bbb がセットになってひとしいことを確認かくにん

3. 余弦よげん定理ていり

公式こうしき

a2=b2+c22bccosAa^2 = b^2 + c^2 - 2bc\cos A b2=c2+a22cacosBb^2 = c^2 + a^2 - 2ca\cos B c2=a2+b22abcosCc^2 = a^2 + b^2 - 2ab\cos C

意味いみ

あるへん平方へいほう = の 2 へん平方和へいほうわ − 2 × 2 へんせき × はさかくの cos」。 中学ちゅうがく三平方の定理さんへいほうのていり a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2 (A=90°A = 90° のとき cosA=0\cos A = 0一致いっち) の一般いっぱんです。

変形へんけい (かくもとめる)

cosA=b2+c2a22bc\cos A = \frac{b^2 + c^2 - a^2}{2bc} cosB=c2+a2b22ca\cos B = \frac{c^2 + a^2 - b^2}{2ca} cosC=a2+b2c22ab\cos C = \frac{a^2 + b^2 - c^2}{2ab}

使つかいどころ

あたえられた情報じょうほう使つかえるか
2 へん + はさかくそのままのこりのへんもとめる
3 へん変形へんけいかくもとめる

例題れいだい

ABC\triangle ABCb=3b = 3, c=5c = 5, A=60°A = 60° のとき aaもとめよ。

a2=32+52235cos60°=9+253012=19a^2 = 3^2 + 5^2 - 2 \cdot 3 \cdot 5 \cdot \cos 60° = 9 + 25 - 30 \cdot \frac{1}{2} = 19 a=19a = \sqrt{19}

例題れいだい 2

a=7,b=5,c=3a = 7, b = 5, c = 3 のとき AAもとめよ。

cosA=52+3272253=25+94930=1530=12\cos A = \frac{5^2 + 3^2 - 7^2}{2 \cdot 5 \cdot 3} = \frac{25 + 9 - 49}{30} = \frac{-15}{30} = -\frac{1}{2} A=120°A = 120°

大事だいじ: 「3 へんがわかったら cos\cosかくる」。 cos\cos符号ふごう鋭角えいかく / 直角ちょっかく / 鈍角どんかくそく判断はんだんできます。

4. かくおおきさの判定はんてい

余弦定理よげんていり変形へんけいから、 三角形さんかくけい最大さいだいかく (θ\theta) と最大さいだいへん (xx) の関係かんけい:

cosθ\cos\theta符号ふごうb2+c2b^2 + c^2a2a^2θ\theta種類しゅるい
cosθ>0\cos\theta > 0b2+c2>a2b^2 + c^2 > a^2鋭角えいかく
cosθ=0\cos\theta = 0b2+c2=a2b^2 + c^2 = a^2直角ちょっかく (三平方の定理さんへいほうのていり)
cosθ<0\cos\theta < 0b2+c2<a2b^2 + c^2 < a^2鈍角どんかく

例題れいだい

3 へん5,7,85, 7, 8三角形さんかくけい鋭角えいかく直角ちょっかく鈍角どんかくのどれか。

最大さいだいへん88対応たいおうするかくθ\theta とすると

cosθ=52+7282257=25+496470=1070=17>0\cos\theta = \frac{5^2 + 7^2 - 8^2}{2 \cdot 5 \cdot 7} = \frac{25 + 49 - 64}{70} = \frac{10}{70} = \frac{1}{7} > 0

よって鋭角えいかく (= 三角形さんかくけい全体ぜんたい鋭角えいかく三角形さんかくけい)。

ポイント: 三角形さんかくけい鋭角えいかく / 鈍角どんかく判定はんていするときは 最大さいだいへん対応たいおうするかくだけ調しらべれば十分じゅうぶん。 そこが鋭角えいかくならのこりも鋭角えいかく

5. 正弦せいげん定理ていり余弦よげん定理ていり使つか

三角形さんかくけい決定けってい条件じょうけん

あたえられた情報じょうほう使つか定理ていり
3 へん (SSS)余弦定理よげんていりかくもとめる
2 へん + はさかく (SAS)余弦定理よげんていりのこりのへん正弦定理せいげんていりかく
1 へん + 両端りょうたんの 2 かく (ASA)A+B+C=180°A + B + C = 180°のこりのかく正弦定理せいげんていりのこりのへん
2 へん + たいかく (SSA)正弦定理せいげんていりかく、 ただしかいが 2 つある場合ばあいあり

例題れいだい: SSA でかいが 2 つ

a=4,b=6,A=30°a = 4, b = 6, A = 30° のとき BBもとめよ。

4sin30°=6sinB\frac{4}{\sin 30°} = \frac{6}{\sin B} sinB=6sin30°4=61/24=34\sin B = \frac{6 \sin 30°}{4} = \frac{6 \cdot 1/2}{4} = \frac{3}{4}

BB0°<B<150°0° < B < 150° (A+B<180°A + B < 180°) の範囲はんいで 2 つの候補こうほ:

B=arcsin34   または   180°arcsin34B = \arcsin\frac{3}{4} \;\text{ または }\; 180° - \arcsin\frac{3}{4}

両方りょうほうとも A+B<180°A + B < 180°たすので 2 とおりの三角形さんかくけい がある。

大事だいじ: SSA は 「曖昧あいまいなケース」かいが 0 ・1 ・2 場合ばあいがあるのでかなら範囲はんい確認かくにん

6. 例題れいだい (総合そうごう)

れい: ABC\triangle ABCa=7,b=8,c=5a = 7, b = 8, c = 5 のとき、 (1) cosA\cos A、 (2) sinA\sin A、 (3) 外接円がいせつえん半径はんけいRRもとめよ。

(1) 余弦定理よげんていり:

cosA=82+5272285=64+254980=4080=12\cos A = \frac{8^2 + 5^2 - 7^2}{2 \cdot 8 \cdot 5} = \frac{64 + 25 - 49}{80} = \frac{40}{80} = \frac{1}{2}

(2) AA三角形さんかくけい内角ないかくなので sinA>0\sin A > 0:

sinA=1cos2A=114=32\sin A = \sqrt{1 - \cos^2 A} = \sqrt{1 - \frac{1}{4}} = \frac{\sqrt{3}}{2}

(A=60°A = 60° とわかる)

(3) 正弦定理せいげんていり:

2R=asinA=73/2=143=14332R = \frac{a}{\sin A} = \frac{7}{\sqrt{3}/2} = \frac{14}{\sqrt{3}} = \frac{14\sqrt{3}}{3} R=733R = \frac{7\sqrt{3}}{3}

ポイント: 余弦定理よげんていりcos\cosし → sin\sin計算けいさん正弦定理せいげんていりRR。 この 3 れんコンボは入試にゅうし頻出ひんしゅつ

まとめ

  • 正弦定理せいげんていりかく対辺たいへんのペア主役しゅやく2R2R経由けいゆ
  • 余弦定理よげんていり3 へんと 1 かく関係かんけい三平方の定理さんへいほうのていり一般いっぱん
  • 3 へん余弦定理よげんていりかく、 2 へん + きょうかく余弦定理よげんていりへん
  • cos\cos符号ふごう鋭角えいかく / 直角ちょっかく / 鈍角どんかくいちはつ判定はんてい
  • SSA は かいが 0/1/2 になり注意ちゅういケース

しょうではこれらの定理ていり使つかって 三角形さんかくけい面積めんせきヘロンの公式へろんのこうしき空間くうかん図形ずけい計量けいりょうおこないます。

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