座標平面上の2点$A(x_a,y_a),B(x_b,y_b)$間の距離$AB$は \[\large AB=\sqrt{(x_b-x_a)^2+(y_b-y_a)^2}\] と表すことができます。 なぜこのように表すことができるのかを考...
座標平面上の2点$A(x_a,y_a),B(x_b,y_b)$間の距離$AB$は \[\large AB=\sqrt{(x_b-x_a)^2+(y_b-y_a)^2}\] と表すことができます。 なぜこのように表すことができるのかを考...
2点間の距離 とは、2点がどれだけ離れているかを表す$0$以上の値のことで、2点を結ぶ線分の長さのことです。 数直線上に座標が$a,b$である点$A,B$をとると、2点$A,B$間の距離$AB$は \[\large AB= b-a \ (= a...
三角形の傍心 とは、三角形の1つの内角の二等分線と他の2つの内角に対する外角の二等分線の交点のことで、どの三角形にも傍心が3個存在します。 三角形の1つの内角の二等分線と他の2つの外角の二等分線が1点で交わる...
2直線$l,m$が1点で交わっているとき、$l,m$がつくる角の二等分線上の交点以外の点は$l,m$を接線とする円の中心となります。 このことを確かめてみます。
偶関数 偶関数 とは、すべての$x$で \[\large f(-x)=f(x)\] を満たす関数のことです。
三角形の内角と内心・外心と他の頂点を結んでできる角の関係を調べる
三角形の1つの内角とその三角形の内心または外心と他の頂点を結んだときにできる角の大きさにはどのような関係があるでしょうか?
四平方の定理とは、 四面体の3つの面が互いに垂直であるとき、それぞれの面の面積の2乗の和がもう1つの面の面積の2乗に等しい という定理です。 すなわち、四面体の互いに垂...
「上図の角度$x,y$をそれぞれ求めよ。 (1)の点$I$は$△ABC$の内心、(2)の点$O$は$△DEF$の外心である。」
\[\sqrt{2}^{\sqrt{2}^{\sqrt{2}^{\sqrt{2}^\cdots}}}\] 上の数はどんな値をもつでしょうか?
二等辺三角形から30°-60°-90°の直角三角形の3辺の比が求まるまで
二等辺三角形の性質を調べるところから始めて最終的に$30°-60°-90°$の直角三角形の3辺の比を求めてみます。 ただし、三角形の内角の和や三角形の合同、三平方の定理はすでにわかっているものとします。
正六角形の1辺の長さや対角線の長さから面積を求める公式をつくってみる
正六角形の面積を1辺の長さや対角線の長さから求める公式はどのようなものでしょうか?
$AB//CD$である台形$ABCD$の4辺の長さがそれぞれ$AB=a,BC=b,CD=c,DA=d$(ただし、$a>c$)のとき、台形$ABCD$の面積$S$は \[\large S=\fra...
「上図のように$∠A=60°$である$△ABC$の頂点$A$から辺$BC$へ垂線$AH$をおろしたとき、$AH=6,BH=3$となった。このときの$BH$の長さを求めよ。」
「上図の正十二角形の面積を求めよ。」
座標平面上の直線$l:y=ax+b$($a,b:$実数)上の任意の点$P$を位置ベクトル$\vec{p}$をもちいて表す方法について考えてみます。
関数$y=f(x)$の$x=a$における微分係数$f'(a)$の定義式は \[\large f'(a)=\lim_{h\to0}\frac{f(a+h)-f(a)}{h}\] です。 ここで、極限$\l...
平均変化率 とは、$x$の変化量に対する$y$の変化量の割合、言い換えれば$x$の増加量$1$あたりの$y$の変化量のことです。 変化の割合 ともいいます。
$a\leqq x\leqq b$で定義されている連続関数$y=f(x)$の微分係数を調べると$x=a$と$x=b$における微分係数がありません。 なぜこのようなことがいえるのでしょうか?
「濃度が$3$%の食塩水$200$gを加熱して水分をいくらか蒸発させた。 加熱後の食塩水の濃度を調べてみると$4$%であった。この$4$%食塩水の重さを求めよ。」
「上図の直線$l$を準線、点$F$を焦点とする放物線を通る点$A,B,C$を定規とコンパスで作図せよ。 点$A$は放物線の頂点、点$B$は放物線の頂点以外の点とし、点$C$は点$A,B$の作図法以外の方法で作図すること。...
複素数平面上の3点$A(α),B(β),C(γ)$がつくる角$∠ABC$は複素数$α,β,γ$をもちいて \[\large\angle ABC=\left \arg\frac{\gamma-\beta}{\...
複素数の偏角 $0$でない複素数$z$の偏角は複素数平面上の実軸の正の部分から原点と点$z$を結ぶ線分である動径まで反時計回りを正として測った角(一般角)のことです。$0$の偏角は定義できませ...
「$20$kmの道のりを出発直後から道のりのちょうど中間までを時速$6$km、残りを時速$4$kmで進んだ。このときの平均の速さは時速何kmか?」
ベクトルの成分 とは、あるベクトルの始点が原点となるように平行移動したときの終点の座標のことです。
位置ベクトル とは、1つの定点を始点とするベクトルのことです。始点を基準として点の位置をベクトルによって表すことができます。
図形の面積を変えずに変形することを 等積変形 といいます。 三角形においては頂点を自身を含む対辺に平行な直線上を移動させる変形が等積変形の1つとなります。 なぜ、この変形が三角形の等積変形となるのでし...
「上図のような$AB//CD$である台形$ABCD$がある。平行でない対辺$AD,BC$のそれぞれ$A,B$の側を延長し、その交点を$E$とする。また、辺$CD$上に点$F$をとり$△ABF$をつくる。 台形$A...
関数$y=f(x)$のグラフと直線$x=a,x=b$(ただし、$a<b$)とx軸で囲まれた部分をx軸を回転軸として1回転させてできる立体の体積は \[\large\pi\int^b_a\bigl\{f(x)\bigr\}^2dx\] で求めるこ...
球の中心からどのくらい離れた平面で切断すれば球の1/4の体積の立体を切り取れるか?
球を平面で2つの立体に切断して、そのうちの1つの立体の体積が球の体積の$\dfrac{1}{4}$となるとき、切断する平面は球の中心からどのくらい離れた位置にあるでしょうか?
直線$l$と平面$α$が平行であるとは、直線$l$と平面$α$がどれだけ延長しても交わらないことをいいます。
直線$l$と平面$α$が垂直であるとは、直線$l$と平面$α$が交わっていて、その交点を通る平面$α$上の直線がすべて直線$l$と垂直に交わっていることをいいます。
2次方程式は因数分解を利用して解くことができます。
2次方程式の解を平方根として求めることができます。
なぜa+(-b)=a-b、a-(-b)=a+bとなるのかを数直線で考える
正負の数の足し算において \begin{align*}a+(-b)&=a-b\\[1em]a-(-b)&=a+b\end{align*} が成り立ちます。 なぜこれらが成り立つのでしょうか?「 正負の数...
体積が半分ずつに切り分けられる円錐の底面に平行な面はどこにある?
円錐を底面と平行な面で2つの立体に切り分けてそれぞれの立体の体積が等しくなるとき、円錐と面の位置関係はどのようになっているでしょうか?
上図のような道路の$A$地点から各交差点で上に進むか右に進むかをランダムに決めて進みます。上に進む確率と右に進む確率がともに$\dfrac{1}{2}$のときの各交差点にたどり着く確率を簡単な方法で求めてみます。
「上図のような道路のスタート地点から上に進むか右に進むかをランダムに決めながら進む。上に進む確率が$\dfrac{1}{3}$、右に進む確率が$\dfrac{2}{3}$のとき、$A$地点、$B$地点、$C$地点へたどり着く確率を...
「上図のような道路のスタート地点からゴール地点まで各交差点で上に進むか右に進むかをランダムに決定しながら移動する。上に進む確率と右に進む確率はともに$\dfrac{1}{2}$である。 このとき、以下の問いに答え...
「次の直交座標を$(r\cos\theta,r\sin\theta)$($r>0,0\leqqθ<2\pi$)という形で表せ。 (1)$\large(\sqrt{3},1)$ (2)$\large(7,-7)$ (3)$\large\l...
三角関数の合成の公式を平面座標を利用して導いてみます。
「 三角関数の加法定理 」では、$\cos(α-β)=\cosα\cosβ+\sinα\sinβ$のみ単位円をもちいて導きましたが、他の$\sin,\cos$の加法定理も単位円を利用して導いてみます。
直交座標平面上の点$(a,b)$($a\neq0$または$b\neq0$)は原点からの距離$r$、x軸の正の部分と反時計回りになす角$θ$とすると \[\large(a,b)=(r\cos\theta,r\sin\the...
点$P$を通る直線$l$の垂線を作図する方法を、点$P$が直線$l$上にある場合とない場合の2通り紹介します。
「以下の(1)~(5)のうち$x\geqq3$と同値であるものをすべて選べ。 (1)$x=3$かつ$x>3$ (2)$x=3$または$x>3$ (3)$x>-1$かつ$x\geqq3$ (4)$x>-1$または$x\geqq3...
極座標から直交座標、直交座標から極座標への変換はどのようにするのでしょうか?
「次の数が素数であるかを判定せよ。素数でなかった場合は素因数分解を行うこと。 (1)$191$ (2)$259$ (3)$101$」
なぜ素数であるかを平方根以下の素数を約数としてもつかで判定できるのか?
自然数$n$が素数であるかはなぜ$\sqrt{n}$以下の素数を約数としてもつかどうかで判定できるのでしょうか?
極座標とは、基準となる固定された半直線と向きを定め、半直線の端点からの距離と基準の向きへの回転量によって点の位置を表す方法です。
問題はこちら↓ 小3の先日のテストに出た問題の一つ。大学受験でも解けない学生がいっぱいいるだろうし、数学好きを除き多くの大人は解けないだろう。 - Togetter
同じ正方形に外接する円と半円の面積にはどのような関係があるでしょうか?
「長方形の面積が$60$、対角線の長さが$13$であるとき、この長方形の長辺の長さを求めよ。」
直交座標と極座標はどちらも位置を表す方法ですが、これらはどのような違いがあるでしょうか?
一般角とは、符号を考慮した角度のことです。 符号を考慮しない角度は1つの定点から伸びる2本の半直線の間がどれだけ開いているかを評価するものなので負の数をもちいることはありませんが、一般角は基準となる半直線と向きを定めたことによって負の数をもちい...
「相異なる3点$O,A,B$とこれらの点を通らない直線$l$を考える。 2点$O,A$を通る直線と直線$l$との交点と2点$O,B$を通る直線と直線$l$との交点が同一の点であるとき、$O,A$を通る直線と$O,B$を通る直線が同一であることを示せ。」
正の数$a,b$について$a<b$ならば$\sqrt{a}<\sqrt{b}$は成り立つでしょうか?また、その逆は成り立つでしょうか?
長方形の各頂点と任意の点を結ぶ4本の線分の長さにはどのような関係があるでしょうか?
有向線分とは、線分に向きの要素を加えたものです。 線分$AB$は点$A$と点$B$を結ぶ真っ直ぐな線のことですが、有向線分$AB$は点$A$から点$B$への向きをもつ線分$AB$のことで、点$A$から点$B$へ...
定積分$\int_a^b{f(x)}dx$はなぜ負の値になることがあるのでしょうか?
「$a<b$である自然数$a,b$の最大公約数を$\text{gcd}(a,b)$と表すとき、次の中で間違っているものはどれか?すべて選べ。 $\text{(i)}\ \text{gcd}(a,b)$の最大値は$a$である。 ...
\[\large 5-2x +3=2x-2\] 「上の方程式を解け。」
内分と外分はどちらも線分を2つの線分に分割することですが、どのようにして分割するかが異なります。
「次の$S$を求めよ。 (1)$a_i=p^{n-i}q^{i-1}$とする。(ただし、$n:自然数,p^{-1}q\neq1$) $S=\sum_{j=1}^n{a_i}$ (2)$a_i=p^{2(n-i)...
座標平面の2点$A(a_1,a_2),B(b_1,b_2)$を結ぶ線分$AB$を$m:n$に外分する点$P(p_1,p_2)$の$p_1,p_2$はそれぞれ$a_1,a_2,b_1,b_2$をもちいてどのように表されるでしょうか...
座標平面の2点$A(a_1,a_2),B(b_1,b_2)$を結ぶ線分$AB$を$m:n$に内分する点$P(p_1,p_2)$の$p_1,p_2$はそれぞれ$a_1,a_2,b_1,b_2$をもちいてどのように表されるでしょうか...
座標平面の2点$A(a_1,a_2),B(b_1,b_2)$を結ぶ線分$AB$の中点$M(m_1,m_2)$の$m_1,m_2$はそれぞれ$a_1,a_2,b_1,b_2$をもちいてどのように表されるでしょうか?
「$AB=BC=6,$$BD=8,$$∠ABC=90°$である円に内接する四角形$ABCD$がある。四角形$ABCD$の面積を求めよ。」
「$1,2,3,4,5,6$の番号が1つずつ書かれたカード6枚の中から2枚を引く場合を考える。 (1)『少なくとも1枚はカードの番号が偶数である』の否定はなにか? (2) (1)の答えを満たすカードの引き方は何通りか?」 ...
度数法でも弧度法でも角の大きさを「その角が角の頂点を中心とする円の周からどれくらいの長さの弧を切り取るか」で表している点は共通しています。 しかし、「どれくらいの長さの弧」かを評価する基準が異なります。
「次の三角関数の値を求めよ。 (1)$\large\sin60°$ (2)$\large\cos135°$ (3)$\large\tan210°$」
sin11.25°、cos11.25°、tan11.25°はどんな数?
$11.25°$ $(=\dfrac{\pi}{16})$のときの三角関数はどんな値になるのかを調べてみます。
\[\sqrt{10+5\sqrt{2}}-\sqrt{2+\sqrt{2}}=\sqrt{12+6\sqrt{2}-4\sqrt{5}-2\sqrt{10}}\] 「上の等式が成り立つことを証明せよ。」
$15°,75°$の三角比と$22.5°,67.5°$の三角比は同じ方法を利用して求めることができます。
2つの角度$α,β$の中間の角度$\dfrac{α+β}{2}$の三角関数は$α,β$それぞれの三角関数を使ってどのように表すことができるでしょうか?
$4.5°$ $(=\dfrac{\pi}{40})$の三角比がどのような値となるのかを調べてみます。
$18°,36°,54°,72°$の三角比はすべて1つの三角形を出発点として求めることができます。
「 三角関数 半角の公式 」で紹介した$\tan$の半角の公式 \begin{equation}\tan\frac{\theta}{2}=\pm\sqrt{\frac{1-\cos\theta}{1+\cos\theta}}\end{equ...
任意の実数$θ$において$\tanθ$のとりうる値の範囲はなぜすべての実数なのでしょうか?
\begin{align*}\sin^2\frac{\theta}{2}&=\frac{1-\cos\theta}{2}\\[1em]\cos^2\frac{\theta}{2}&=\frac{1+\cos\theta}{2}\\[1em]\tan^2\frac{...
\begin{align*}\sin2\theta&=2\sin\theta\cos\theta\tag1\\[1em]\cos2\theta&=\cos^2\theta-\sin^2\theta\\[0.5em]&=2\cos^2\theta-1\...
三角関数の加法定理とは、任意の角$α,β$について \begin{align}\sin(\alpha+\beta)&=\sin\alpha\cos\beta+\cos\alpha\sin\beta\\[1em]\sin(\alpha-\be...
符号のない数の足し算 符号のない数の足し算は、足される数より足す数だけ大きい数が答えとなります。 例えば$3+2$は足される数$3$より足す数$2$だけ大きい数$5$が答えとなります。 ...
「『約数はある整数を割り切ることができる整数のことなので、整数$A$の約数$g$は \[\frac{A}{g}=N\quad(N:整数)\] を満たす整数$g$のことであるといえる。であれば2つの整数$A,B$の公約数は \[\frac{...
「次の1次不定方程式の整数解を求めよ。 (1)$\large37x+42y=3$ (2)$\large84x-56y=21$ (3)$\large39x+52y=12$」
なぜ公倍数は最小公倍数の倍数となるのでしょうか?
中点連結定理を利用して次の性質を導くことができるでしょうか? 性質 $\mathrm{(I)}$:$△ABC$の2辺$AB,AC$上にそれぞれ$AP:AB=AQ:AC=m:n$ (ただし$m,n:$正の実数、$m\neq ...
「テーブル1脚とそれぞれ高さが異なる3個の花瓶A、B、Cがある。花瓶を2個選び、1つをテーブルを設置した床の上に、もう1つをテーブルの上に置いて2つの花瓶の頭頂部の高低差を調べると以下のようになった。 花瓶Aを床に、花瓶Bをテー...
三平方の定理とは、 「直角三角形の直角をつくる辺の長さをそれぞれ$a,b$、斜辺の長さを$c$とすると$a^2+b^2=c^2$が成り立つ。」 というものです。 この逆は成り立つでしょうか?
「上図は1次関数$y=2x+5$と反比例$y=\dfrac{a}{x}$のグラフである。 $y=\dfrac{a}{x}$のグラフは$\left(6,\dfrac{1}{2}\right)$を通り、2つのグラフは$x=-3$で交わる...
中点連結定理は三角形のものと台形のものがありますが、それぞれの定理の逆は成り立つでしょうか?
なぜ割り算は$0$で割ることができないのでしょうか? この理由を割り算を引き算に変換して考えてみます。
関数$y=f(x)$のグラフを平行移動するとそのグラフの方程式はどのように表されるでしょうか?
方べきの定理とは (a),(b): 2本の弦$AB,CD$、またはそれらの延長が点$P$で交わるとき、$AP\cdot BP=CP\cdot DP$が成り立つ。 (c): 点$A$を通る接線と弦$BC$の...
接弦定理とは、 「円周角$∠ABC$の点$A$を通る接線を引き、弦$AC$と接線がつくる角$∠CAT$の内部に$∠ABC$が入らないように点$T$をとると$∠CAT=∠ABC$が成り立つ。」 ...
円に内接する四角形の対角の性質とは 「円に内接する四角形の対角の和は$180°$である。」 という性質のことです。 これは逆も成り立ち、円に内接する四角形の対角の性質の逆とは 「四角形$ABCD$の対角の和...
4点A,B,C,Dについて∠ACB=∠ADB=90°が成り立つとき円周角の定理の逆は使えるか?
4点$A,B,C,D$について$∠ACB=∠ADB=90°$が成り立つとき、実はこれら4点は常に同一円周上にあるといえます。 このとき、4点が同一円周上にあるといえる根拠は円周角の定理の逆だけでしょうか?
$-(-3)$は正負の数の簡単な表現に直すと$+3$になります。すなわち \[-(-3)=+3\] が成り立ちます。なぜこれが成り立つのでしょうか?
円周角の定理とは、 1. 1つの弧に対する円周角の大きさは一定である。 2. 1つの弧に対する中心角の大きさは同じ弧に対する円周角の2倍である。 の2つのことを指します。 しかし、円周角の定...
不等式に対して行う基本的な操作は両辺に同じ数を足す、引く、掛ける、割るの4つとなります。 この操作を数直線で見るとどのように見えるでしょうか?
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座標平面上の2点$A(x_a,y_a),B(x_b,y_b)$間の距離$AB$は \[\large AB=\sqrt{(x_b-x_a)^2+(y_b-y_a)^2}\] と表すことができます。 なぜこのように表すことができるのかを考...
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2直線$l,m$が1点で交わっているとき、$l,m$がつくる角の二等分線上の交点以外の点は$l,m$を接線とする円の中心となります。 このことを確かめてみます。
偶関数 偶関数 とは、すべての$x$で \[\large f(-x)=f(x)\] を満たす関数のことです。
三角形の1つの内角とその三角形の内心または外心と他の頂点を結んだときにできる角の大きさにはどのような関係があるでしょうか?
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「上図の正十二角形の面積を求めよ。」
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平均変化率 とは、$x$の変化量に対する$y$の変化量の割合、言い換えれば$x$の増加量$1$あたりの$y$の変化量のことです。 変化の割合 ともいいます。
$a\leqq x\leqq b$で定義されている連続関数$y=f(x)$の微分係数を調べると$x=a$と$x=b$における微分係数がありません。 なぜこのようなことがいえるのでしょうか?
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中点連結定理は三角形のものと台形のものがありますが、それぞれの定理の逆は成り立つでしょうか?
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接弦定理とは、 「円周角$∠ABC$の点$A$を通る接線を引き、弦$AC$と接線がつくる角$∠CAT$の内部に$∠ABC$が入らないように点$T$をとると$∠CAT=∠ABC$が成り立つ。」 ...
円に内接する四角形の対角の性質とは 「円に内接する四角形の対角の和は$180°$である。」 という性質のことです。 これは逆も成り立ち、円に内接する四角形の対角の性質の逆とは 「四角形$ABCD$の対角の和...
4点$A,B,C,D$について$∠ACB=∠ADB=90°$が成り立つとき、実はこれら4点は常に同一円周上にあるといえます。 このとき、4点が同一円周上にあるといえる根拠は円周角の定理の逆だけでしょうか?
$-(-3)$は正負の数の簡単な表現に直すと$+3$になります。すなわち \[-(-3)=+3\] が成り立ちます。なぜこれが成り立つのでしょうか?
円周角の定理とは、 1. 1つの弧に対する円周角の大きさは一定である。 2. 1つの弧に対する中心角の大きさは同じ弧に対する円周角の2倍である。 の2つのことを指します。 しかし、円周角の定...
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円に平行な直線を2本引いて円の面積を3等分したいとき、2本の平行な直線はそれぞれどこに引けばよいでしょうか?
「どの対辺も平行でない円に内接する四角形$ABCD$の辺$AB$と$CD$をそれぞれ延長したときの交点を$E$、辺$BC$と$AD$をそれぞれ延長したときの交点を$F$とする。 このとき、$∠AED$の二等分線と$∠CFD$の二等分線は直...
$△ABC$において、$∠A=θ$とすると余弦定理 \begin{equation}BC^2=AB^2+AC^2-2AB\cdot AC\cos\theta\end{equation} が成り立ちます...
三角形の外心、垂心、重心の間には以下のような関係があります。 「三角形の外心、垂心、重心は同一直線上に存在する。」 上図のように$△ABC$の外心$O$、垂心$H$、重心$G$の3点は必ず一直線上に並びま...
三角形の外心と垂心には次のような性質があります。 「三角形のある頂点から垂心までの距離は、その対辺から外心までの距離の2倍である。」 上図のように頂点$A$から垂心$H$までの距離$AH$と対辺$BC$か...
鋭角三角形の各頂点から対辺におろした3本の垂線にはどのような性質があるでしょうか?
直角三角形の各頂点から対辺へおろした垂線のうち、直角の頂点から以外のものは辺と重なります。 したがって、直角三角形の垂線というと直角の頂点から引いたものしかないように見えます。上図の直角三角形$ABC$においては線分$AD$のことです。 この垂線にはどの...
鋭角三角形の各頂点から対辺におろした3本の垂線にはどのような性質があるでしょうか?