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式ひとつで三角形の形が決まる、辺と角のどちらにそろえるか

という条件だけで、三角形は の二等辺三角形に決まります。

どんな三角形でも が成り立ちます。条件式と見比べると、右辺に並ぶ 2 つの項が等しいと分かる。

も も と のあいだにあるため、 の動く範囲は から まで。この範囲で が になるのは のときだけです。

なら向かい合う辺も等しくなり、。頂点 を頂角とする二等辺三角形。

どの三角形でも成り立つ式

から 。両辺の をとると になる。右辺を加法定理でばらしたものが、冒頭で使った式です。

正弦定理は です。 と書けるので、上の式の 3 か所を辺に直す。

両辺を 倍しただけで、この式と は 1 つの同じ式です。

は図でも読めます。頂点 から へ高さを下ろす。

直角三角形 で 。同じように です。

が鈍角なら、 は線分 の外に出る。このとき が負のため、 も負になり、式はそのまま成り立つ。

条件の式から三角形の形を決める問題では、角にそろえるか辺にそろえるかを先に決めます。

例 1: を辺で解く

同じ条件を今度は辺にそろえて解く。、、余弦定理から 。

先頭の が の と打ち消し合い、 も約分される。

左辺と並べて、両辺に をかけます。

になり、辺の長さは正だから 。冒頭と同じ答えです。

例 2:

の 2 乗しか使われていない形です。 を 2 乗して入れる。

どの項も で割った形です。両辺を 倍する。

三平方の定理の形になり、 の直角三角形。 が斜辺です。

角にそろえても同じ答えにたどり着く。 を入れると、左辺は になります。

展開して整理すると 。 も も ではないので、 になる。

ただし 2 乗を展開してから でくくる手順が入る。

例 3:

正弦定理で 、 とすると、両辺の が消える。

2 倍角の公式で 。両辺を 2 倍すると になる。

と の 2 通りに分ける手もあります。片側へ寄せて和積の公式をあてれば、場合を自分で数えなくても積が の形に分かれる。

から、 を と書きかえました。積が になるため、 か のどちらかです。

で になるのは 。 で になるのは 。

答えは の二等辺三角形、または の直角三角形です。二等辺とだけ書くと、どの 2 辺が等しいかまでは伝わりません。

例 4: を辺で解く

例 3 と同じ条件に、今度は余弦定理を入れる。

両辺を 倍します。

左辺へ寄せます。 だから、 が共通の因数になる。

から 、 から 。例 3 と同じ 2 つに分かれました。

割ると答えが 1 つ消える

例 4 の最後は でした。ここで で割ると、 だけが残ります。

の三角形では です。 で割ったことになり、二等辺三角形の答えは消えている。

積が という形のままにすれば、 と が並んだまま残る。

角にそろえた場合も同じです。例 3 の を で割れば、 が落ちる。

例 5:形が決まらない式

が条件として与えられたとします。

右辺は加法定理で にまとまる。 だから 。

左辺と右辺はいつでも等しく、形は 1 つに絞られません。すべての三角形が条件を満たします。

条件式が恒等式そのものだと、この形になる。 を辺のまま与えられたときも変わりません。

式を見てどちらにそろえるか決める

を に置きかえると、 がどの項にもついてきます。 だけで書かれた式なら、両辺を 倍すれば 、、 だけの式になる。 が 2 乗のときは 倍になる。

の混ざる式を辺に直すと、余弦定理の分数が入って次数も上がる。角にそろえるほうは、加法定理や 2 倍角で角の個数が減っていく。

角にそろえる

と見比べる。加法定理で を消し、2 倍角と和積で の積を 1 つの にまとめる

辺にそろえる

と見比べる。正弦定理と余弦定理で 、、 だけの式にして、因数分解する

条件式に cos が混ざるかどうかを見る

sin だけなら正弦定理で辺にそろえる

cos が混ざるなら角にそろえて加法定理か 2 倍角をあてる

積が 0 の形まで因数分解して、等しい辺と角を読む

ここまでの例を並べます。

恒等式の右辺の 2 項が等しいと読む
辺に直し、両辺を 倍する
2 倍角と和積で へ
同じ式を辺にそろえると へ
と同じ式恒等式なので形は決まらない

を満たす三角形はどれですか。

  • の二等辺三角形
  • の直角三角形
  • 正三角形
__RESULT__

の 2 乗だけなので辺に直します。 の両辺を 倍すると になり、 を斜辺とする直角三角形です。

を満たす三角形はどれですか。

  • の二等辺三角形だけ
  • の二等辺三角形、または の直角三角形
  • すべての三角形
__RESULT__

正弦定理で 、移項して なので だけが残ります。例 3 の は辺と角の文字がそろっているため になり、そちらは 2 通りに分かれます。

の積を 1 つの にまとめるか、、、 だけの式にして因数分解するか。どちらも を書き直しているところは同じです。

$\sin A = 2\sin B\cos C$ という条件だけで、三角形は $b = c$ の二等辺三角形に決まります。どんな三角形でも $\sin A = \sin B\cos C + \cos B\sin C$ が成り立つので、条件式と見比べれば右辺の 2 項が等しいと分かる。両辺を $2R$ 倍すると $a = b\cos C + c\cos B$、辺だけで書いた同じ式です。角にそろえても辺にそろえても、行き着く先は変わらない。$a\cos A = b\cos B$ のように答えが 2 通りに分かれる型と、$a^2 - b^2$ で割ると二等辺三角形の答えが消えるところまで。