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長方形と同じ面積の正方形の作図

未AC問題 45 / 50面積難しさ ★★★★☆ 難しい

問題:長方形ABCDと面積が等しく、1つの頂点がB、1辺が辺BC上にある正方形を作図しましょう。

道具を選んで、点をタップ(クリック)して作図します。線や円の交点は自動で点になります。何もない所をドラッグすると図を動かせます。

作図の手順

手順を表示する(ネタバレ注意)
  1. Bを中心に、Cを通る円をかき、直線ABとの交点(右側)をEとします。BE = BC です。
  2. Aを中心に、Eを通る円をかきます。
  3. Eを中心に、Aを通る円をかきます。
  4. 交点どうしを結び、AEの中点Mを求めます。
  5. Mを中心に、Aを通る円(AEを直径とする円)をかき、直線BCとの交点(上側)をFとします。BF² = AB × BC です。
  6. Bを中心に、Fを通る円をかき、ABとの交点(左側)をHとします。
  7. Fを中心に、Bを通る円をかきます。
  8. Hを中心に、Bを通る円をかき、Fの円との交点(B ではない方)をGとします。
  9. FとGを結びます。
  10. GとHを結べば、正方形HBFGの完成です。

なぜこれで作図できるのか

解説を表示する(ネタバレ注意)

FはAEを直径とする円の上にあるので ∠AFE = 90° です。FBはAEに垂直なので、三角形ABFと三角形FBEは相似になり、AB : BF = BF : BE です。

よって BF² = AB × BE = AB × BC で、BFを1辺とする正方形の面積は長方形ABCDの面積と等しくなります。

HはBF = BHとなるAB上の点、Gは FG = HG = BF の点なので、HBFGは4辺が等しく角Bが直角のひし形、つまり正方形です。

豆知識

前の問題の等積変形と組み合わせると、どんな多角形も同じ面積の正方形にできます。一方、円と同じ面積の正方形を作る「円積問題」は、コンパスと定規では不可能だと証明されています。

コメント

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