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数学A

えん性質せいしつ (せっげん定理ていりぽうべきの定理ていり)

最終確認日:

このしょうまなぶこと

数学すうがく A の図形ずけい分野ぶんやめくくるしょうです。 中学ちゅうがくまなんだ円周角の定理えんしゅうかくのていりかくちょうし、 接線せっせんかかわるかくながさの関係かんけいまなびます。

  • 円周角の定理えんしゅうかくのていりふくしゅう
  • 接弦定理せつげんていり (接線せっせんげんのなすかく)
  • 方べきの定理ほうべきのていり (3 つのパターン)
  • 円に内接する四角形えんにないせつするしかっけいせいしつ
  • トレミーの定理とれみーのていり (はってん)

ポイント:円周えんしゅうじょうおな角度かくどひとしい」 という円周角の定理えんしゅうかくのていりすべての出発しゅっぱつてん接線せっせんがからむときは、 接点せってんを 「うごかすことができないげんはじ」 とかいしゃくするとせっげん定理ていりにつながります。

1. 円周えんしゅうかく定理ていり (復習ふくしゅう)

定理ていり

円周えんしゅうじょうの 2 点A,BA, B と、 弧ABAB (中心ちゅうしんかく反対はんたいがわ) のうえにあるにんの点PP について、 円周角えんしゅうかく APB\angle APB は弧ABABたいする 中心角ちゅうしんかく半分はんぶん:

APB=12AOB\angle APB = \frac{1}{2} \angle AOB

けい (重要じゅうよう)

  • おなたいする円周えんしゅうかくひとしい
  • 直径ちょっけいたいする円周えんしゅうかく90°

例題れいだい 1

OO上に A,B,CA, B, Cり、 BOC=80°\angle BOC = 80° とする。 BAC\angle BACもとめよ (AA は弧BCBC反対はんたいがわ)。

円周角えんしゅうかく = 中心ちゅうしんかく ÷ 2 なので BAC=40°\angle BAC = 40°

2. せっげん定理ていり

定理ていり

えんせっする直線ちょくせんがあり、 接点せってんTT とする。 げんTATAくと、 げんTATAえんを 2 つのけます。 接線せっせんじょうに点PP をとったとき、 接線せっせんげんのなす角PTA\angle PTA は、 PP があるがわとは反対はんたいがわ (英語えいごで alternate segment、 「反対はんたいがわ」) うえ円周角えんしゅうかくひとしくなります:

PTA=ABT\angle PTA = \angle ABT

(BB は 「げんTATAける 2 つののうち、 接線せっせんじょうの点PP とは 反対はんたいがわうえにんてん)。

つまり、 接線せっせんげん一方いっぽうがわいていれば、 そのかくひとしい円周えんしゅうかく反対はんたいがわからかくです。 げん接線せっせんつくかくは 2 種類しゅるいあり (鈍角どんかく鋭角えいかく)、 それぞれべつ円周えんしゅうかく対応たいおうします。

直感ちょっかんてき説明せつめい

接線せっせんを 「無限むげんみじかげんはじ」 とみなすと、 せっげん定理ていりおな円周えんしゅうかくひとしい」 という円周えんしゅうかく定理ていり極限きょくげんとして自然しぜんてきます。

例題れいだい 2

えんせっする直線ちょくせん接点せってんTTせっし、 接線せっせんじょうの点PP をとる。 げんTATA接線せっせんのなす角PTA=70°\angle PTA = 70° とする。 げんTATAける 2 つののうち、 PP とは反対はんたいがわ うえの点BB からげんTATA円周角えんしゅうかく TBA\angle TBAもとめよ。

せっげん定理ていりより TBA=PTA=70°\angle TBA = \angle PTA = 70°

3. ほうべきの定理ていり

パターン 1: げん同士どうしえんないまじわる

えんないの 1 点PPとおる 2 ほんげんABABCDCDPPまじわるとき

PAPB=PCPDPA \cdot PB = PC \cdot PD

パターン 2: げん (の延長えんちょう) がえんがいまじわる

えんがいの 1 点PP からえんる 2 ほん直線ちょくせん (割線かっせん) が、 えんA,BA, B および C,DC, Dまじわるとき

PAPB=PCPDPA \cdot PB = PC \cdot PD

パターン 3: 接線せっせん割線かっせん

えんがいの 1 点PP からの 接線せっせん PTPT割線かっせん PABPAB (A,BA, B円周えんしゅうじょう) について

PT2=PAPBPT^2 = PA \cdot PB

おぼかた: どのパターンも 「PP からえんまでの 2 ほん距離きょりせき = 一定いってい」。 このあたい方べきほうべきびます。

例題れいだい 3 (パターン 3)

えんがいの点PP から接線せっせんPTPTいて PT=6PT = 6PPとお割線かっせんえんA,BA, Bまじわり、 PA=3PA = 3 とする。 PBPBもとめよ。

PT2=PAPBPT^2 = PA \cdot PB より 36=3PB36 = 3 \cdot PBPB=12PB = 12。 したがって AB=123=9AB = 12 - 3 = 9

例題れいだい 4 (パターン 1)

えんないげんABABげんCDCD が 1 点PPまじわり、 PA=4,PB=6,PC=3PA = 4, PB = 6, PC = 3 のとき PDPDもとめよ。

46=3PD4 \cdot 6 = 3 \cdot PD より PD=8PD = 8

4. えん内接ないせつする四角形しかくけい

性質せいしつ 1: たいかく

えんないせつする四角形しかくけい ABCDABCD

A+C=180°,B+D=180°\angle A + \angle C = 180°, \quad \angle B + \angle D = 180°

性質せいしつ 2: 外角がいかく = うちたいかく

四角形しかくけいの 1 つの外角がいかくは、 それにとなわない内角ないかく (= うちたいかく) とひとしい。

内接ないせつするための条件じょうけん

四角形しかくけい ABCDABCDえん内接ないせつするひつようじゅうぶん条件じょうけんは、 うえの 「たいかくが 180°」 (または同値どうちな 「外角がいかく = うちたいかく」) がつこと。

例題れいだい 5

えん内接ないせつする四角形しかくけい ABCDABCDA=70°\angle A = 70°B=95°\angle B = 95° のとき、 C\angle CD\angle Dもとめよ。

C=180°70°=110°\angle C = 180° - 70° = 110°D=180°95°=85°\angle D = 180° - 95° = 85°

5. トレミーの定理ていり (発展はってん)

定理ていり

えん内接ないせつする四角形しかくけい ABCDABCD について、 対角線たいかくせんへんながさの

ACBD=ABCD+ADBCAC \cdot BD = AB \cdot CD + AD \cdot BC

(対角線たいかくせんせき = かいへんせき)。

例題れいだい 6

えん内接ないせつする正方形せいほうけい ABCDABCD で 1 へんを 1 とする。 対角線たいかくせんACACもとめよ。

AC=BDAC = BD (対称たいしょうせい)、 AB=BC=CD=DA=1AB = BC = CD = DA = 1。 トレミーより AC2=11+11=2AC^2 = 1 \cdot 1 + 1 \cdot 1 = 2AC=2AC = \sqrt{2}。 (ピタゴラスの定理ぴたごらすのていりいっ)。

6. しょうまつまとめ

定理ていりないよう
円周えんしゅうかくAPB=12AOB\angle APB = \dfrac{1}{2} \angle AOB
せっげん定理ていり接線せっせんげんかく = 反対はんたいがわ円周えんしゅうかく
ほうべき (ない)PAPB=PCPDPA \cdot PB = PC \cdot PD
ほうべき (がい)同上どうじょう
ほうべき (せっ)PT2=PAPBPT^2 = PA \cdot PB
内接ないせつ四角形しかくけいたいかく = 180°
トレミーACBD=ABCD+ADBCAC \cdot BD = AB \cdot CD + AD \cdot BC

7. 補足ほそく: えん直線ちょくせん位置いち関係かんけい

せっするかまじわるか

OO (半径はんけいrr) と直線ちょくせん\ell関係かんけいは、 中心ちゅうしんOO から \ell までの距離きょりddまります。

ddrr関係かんけいきょうつうてんかず
d>rd > rはなれている0
d=rd = rせっする1
d<rd < rまじわる2

2 えん位置いち関係かんけい

2 つのえん (半径はんけいr1,r2r_1, r_2中心ちゅうしんかん距離きょりdd) の関係かんけい:

距離きょり関係かんけい
d>r1+r2d > r_1 + r_2たがいに外部がいぶ (きょうつうてん 0)
d=r1+r2d = r_1 + r_2外接がいせつ (きょうつうてん 1)
r1r2<d<r1+r2\|r_1 - r_2\| < d < r_1 + r_2まじわる (きょうつうてん 2)
d=r1r2d = \|r_1 - r_2\|内接ないせつ (きょうつうてん 1)
d<r1r2d < \|r_1 - r_2\|一方いっぽう他方たほう内部ないぶ (きょうつうてん 0)

大事だいじ: えん直線ちょくせんえんえん関係かんけいかなら距離きょり半径はんけいくらべるだけではんだんせず、 かなら計算けいさんかくにんすること。

数学すうがく A 全体ぜんたいかえって: 場合ばあいかず確率かくりつせいすう図形ずけいと、 一見いっけんバラバラな 4 分野ぶんやまなびましたが、 いずれも 「論理ろんり形式けいしきする訓練くんれん」 というきょうつうてんがあります。 数学すうがく II・B、 III にすすんでも、 この訓練くんれんかならやくちます。

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