数学 入試過去問
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【2005年の大問8】
$AB=3cm,BC=4cm,BF=5cm$の直方体$ABCDEFGH$
線分$FH$の中点を$M$、線分$DM$と線分$BH$の交点を$N$とする。
(1) 線分$DM$の長さ
答え
$\cfrac{5\sqrt{5}}{2}(cm)$
$\triangle DHM$で考えます。これは$\angle DHM=90^{ \circ }$の直角三角形になっています。
$DH$の長さは$4cm$です。
また、$M$は$FH$の中点ですから、$MH$の長さは$FH$の半分です。
$FH$の長さについては、底面にできる三角形、$\triangle HFG$で考えます。
$\triangle HFG$は、$HG=3cm,$$FG=4cm,$$\angle HGF=90^{ \circ }$の直角三角形なので、三平方の定理より、
\begin{eqnarray*}
(FH)^2&=&(HG)^2+(FG)^2\\
&=&3^2+4^2\\
&=&25\\
FH>0なので\\
FH&=&\sqrt{25}=5cm
\end{eqnarray*}
$MH$の長さは$FH$の半分ですから、$\cfrac{5}{2}cm$です。
すると$\triangle DHM$は、$DH=5cm,$$MH=\cfrac{5}{2}cm,$$\angle DHM=90^{ \circ }$の直角三角形となって、三平方の定理より、
\begin{eqnarray*}
(DM)^2&=&(DH)^2+(MH)^2\\
&=&5^2+\left(\cfrac{5}{2}\right)^2\\
&=&25+\cfrac{25}{4}=\cfrac{125}{4}\\
DM>0なので\\
DM&=&\sqrt{\cfrac{125}{4}}=\cfrac{5\sqrt{5}}{2}cm
\end{eqnarray*}
(2) $\triangle BMN$の面積
答え
$\cfrac{25}{6}cm^2$
4点$B,F,D,H$のある平面でこの立体を切断します。切断した面にできた四角形$BFHD$で考えます。
この四角形は、$BF=DH=5cm$です。また、$FH$の長さは、(1)の問題で$5cm$だと求めました。
なので、$FH=BD=5cm$となって、四角形$BFHD$は1辺が$5cm$の正方形ということになります。
$\triangle BMN$の面積はこの正方形で考えます。
$MH$は$FH$の中点だからその長さは$\cfrac{5}{2}cm$だと(1)の問題で求めました。
なので$\triangle BMH$の面積は、$MH$を底辺とすると、
\begin{eqnarray*}
&& MH \times BF\times\cfrac{1}{2}\\
&=&\cfrac{5}{2}\times5\times\cfrac{1}{2}\\
&=&\cfrac{25}{4}\\
\end{eqnarray*}
また、四角形$BFHD$は正方形ですから、$\triangle BND$と$\triangle HNM$は相似になります。その相似比は、
$BD:HM=2:1$です。なので$BN:HN$も$2:1$ということになります。なので$BN$の長さは$BH$の$\cfrac{2}{3}$です。
なので$\triangle BMN$の面積もまた、$\triangle BMH$の$\cfrac{2}{3}$となります。
$\triangle BMH$の面積は$\cfrac{25}{4}$だったので、
\begin{eqnarray*}
\triangle BMN&=&\cfrac{25}{4}\times\cfrac{2}{3}\\&=&\cfrac{25}{6}cm^2
\end{eqnarray*}