三角形を重ねる規則性|面積と周の長さの求め方

三角形を重ねる規則性|面積と周の長さの求め方
にゃんこ
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三角形を重ねる規則性でも、「紙の分を全部足し、重なりに対応する分を引く」という考え方が使えます。ただし、面積と周の長さでは、必要になる辺や高さが違います。

このページでは、教材の問29・30を使って、直角二等辺三角形と正三角形を重ねた図形の面積・周の長さを解説します。平方根の計算や、相似な図形の面積比も確認しましょう。

にゃんこ
大きい三角形と小さい三角形の面積を、先に求めればよさそうだね。
坂田先生
その通りです。周の長さでは、重なって外側でなくなる線も確認しましょう。
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問29|直角二等辺三角形を重ねる

問題29

直角を挟む2辺がともに6cmの直角二等辺三角形を使い、重なりが小さな直角二等辺三角形になるように貼り合わせます。小さい三角形の直角を挟む2辺はともに3cmです。n番目の面積と周の長さを、それぞれnを使った式で表しなさい。

問29:上に1〜5番目、下にn番目の重なる三角形

nは図が何番目かを表す1以上の整数です。n番目には大きな三角形がn枚、隣同士の重なりがn−1か所あります。

大きい三角形の面積は、直角を挟む2辺を底辺と高さに使って、

\(6\times6\div2=18\)(cm²)

です。重なりの小さい三角形の面積は、

\(3\times3\div2=\dfrac92\)(cm²)

になります。

問29:面積18n−9(n−1)÷2=(27n+9)÷2平方cm

大きい三角形n枚分から、小さい三角形n−1個分を引くと、

\(18n-\dfrac92(n-1)\)
\(=18n-\dfrac92n+\dfrac92\)
\(=\dfrac{27}{2}n+\dfrac92\)(cm²)

答えは \(\dfrac{27n+9}{2}\) cm²です。\(\dfrac{27}{2}n+\dfrac92\) と書いても同じです。

問29別解:同じ並べ方の正方形の面積27n+9を半分にする

一辺6cmの正方形を、一辺3cmの正方形が重なるように並べた図を考えます。その面積は、

\(36n-9(n-1)=27n+9\)(cm²)

です。問29の図形は、この正方形の並びを中央の横の線で半分にした形に当たります。

したがって、求める面積は、

\((27n+9)\div2=\dfrac{27n+9}{2}\)(cm²)

となります。三角形を1枚ずつ数える方法と、全体を半分にする方法を結び付けておきましょう。

問29:直角二等辺三角形の辺の比1対1対ルート2から斜辺を求める

直角二等辺三角形の辺の比は、\(1:1:\sqrt2\) です。大きい三角形の斜辺は \(6\sqrt2\) cm、小さい三角形の斜辺は \(3\sqrt2\) cmになります。

大きい三角形1枚の周は、\(6+6+6\sqrt2=12+6\sqrt2\) cmです。

重なる1か所では、小さい三角形の2本の斜めの辺に当たる長さ3cmずつと、底辺に当たる \(3\sqrt2\) cmが、紙ごとの周から除かれます。引く長さは \(6+3\sqrt2\) cmです。

問29:大きい三角形の周から重なりで外周でなくなる線を引く

\((12+6\sqrt2)n-(6+3\sqrt2)(n-1)\)
\(=12n+6\sqrt2n-6n-3\sqrt2n+6+3\sqrt2\)
\(=(6+3\sqrt2)n+(6+3\sqrt2)\)
\(=(6+3\sqrt2)(n+1)\)(cm)

答えは \((6+3\sqrt2)(n+1)\) cmです。\(6n+3\sqrt2n+6+3\sqrt2\) と展開しても同じです。

問30|正三角形を重ねる

問題30

一辺4cmの正三角形を使い、重なりが一辺2cmの正三角形になるように貼り合わせます。n番目の面積と周の長さを、それぞれnを使った式で表しなさい。

問30:上に1〜5番目、下にn番目の重なる三角形

問30:一辺4cmの正三角形の高さ2ルート3cmと面積4ルート3平方cm

正三角形の頂点から底辺に垂線を引くと、底辺4cmが2cmずつに分かれます。斜辺4cm、横の辺2cmの直角三角形になるので、高さをh cmとすると、三平方の定理から、

\(h^2=4^2-2^2=12\)
\(h=2\sqrt3\)

です。30°・60°・90°の直角三角形の辺の比 \(1:\sqrt3:2\) を使っても、横2cmに対し高さ \(2\sqrt3\) cmと分かります。

大きい正三角形の面積は、

\(4\times2\sqrt3\div2=4\sqrt3\)(cm²)

です。小さい正三角形は一辺2cmなので、高さは \(\sqrt3\) cm、面積は \(2\times\sqrt3\div2=\sqrt3\) cm²です。

問30:一辺が半分の小三角形の面積は4分の1、ルート3平方cm

相似比が \(1:2\) なら面積比は \(1:4\) なので、小さい三角形の面積を \(4\sqrt3\times\dfrac14=\sqrt3\) cm²として求める方法もあります。

問30:面積4ルート3n−ルート3(n−1)=3ルート3n+ルート3平方cm

大きい三角形の面積は \(4\sqrt3\) cm²、重なりの面積は \(\sqrt3\) cm²です。

\(4\sqrt3n-\sqrt3(n-1)\)
\(=4\sqrt3n-\sqrt3n+\sqrt3\)
\(=3\sqrt3n+\sqrt3\)(cm²)

答えは \(3\sqrt3n+\sqrt3\) cm²です。\(\sqrt3(3n+1)\) cm²と書いてもかまいません。

問30:周12n−6(n−1)=6n+6cm

大きい正三角形1枚の周は \(4\times3=12\) cmです。重なった小さい正三角形の3辺分、\(2\times3=6\) cmが、1か所につき外周から除かれます。

\(12n-6(n-1)\)
\(=12n-6n+6\)
\(=6n+6\)(cm)

答えは \(6n+6\) cmです。

学習のポイントと間違えやすい点

  • 三角形の面積は底辺×高さ÷2:問29では直角を挟む2辺が底辺・高さとして使えます。問30では高さを求める必要があります。
  • 相似比と面積比を区別する:辺が半分なら、面積は4分の1です。
  • 周の補正には線の長さを使う:重なりの面積を、周の式から引かないようにしましょう。
  • 重なりはn−1か所:n枚の紙に対し、隣り合う組はn−1組です。
  • 面積の単位はcm²:平方根が付いていても、長さはcm、面積はcm²です。

例えばn=2なら、問29の面積は \(\dfrac{63}{2}\) cm²、周は \(18+9\sqrt2\) cm。問30の面積は \(7\sqrt3\) cm²、周は18cmです。1枚分を足して重なりを引いた値とも比べてみましょう。

パターン別に学習したい&印刷したい方へ

坂田先生
にゃんこ
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