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三角形の花壇の面積と散水機の半径

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三角形の花壇の面積と散水機の半径

学校の花壇を、3辺の長さが13m、14m、15mの三角形ABCの形に作り直すことになった。頂点A、B、Cは反時計回りに並び、AB=13m、BC=14m、CA=15mである。花壇の周りには低い柵を1周させる。園芸委員は、花壇の内部に円形の散水機を1台置き、その中心が3辺から等しい距離になるようにしたいと考えている。散水機の半径は4.5mのものを購入する予定だが、水が花壇の外まで届いてしまうのではないかと心配している。また、花壇の面積を求めるために、頂点Bから辺CAに垂線BHを下ろし、BHの長さを測る計画も立てている。ただし、花壇は平らで、柵や散水機の太さは考えないものとする。面積はヘロンの公式を使わず、垂線の長さを文字式で求めてから計算することになっている。先生は、Hが辺CA上にあることを確認し、直角三角形ABHとCBHで三平方の定理をそれぞれ使うよう助言した。さらに、散水機の中心から各辺までの距離と、購入予定の半径を比較して判断するよう求めた。計算では長さの単位をmとし、面積は小数第1位まで求めるものとする。

1. BHの長さと三角形ABCの面積を求めなさい。

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CH=xとおくとAH=15-xである。△CBHと△ABHで三平方の定理より、 14^2-x^2=13^2-(15-x)^2 196-x^2=169-(225-30x+x^2) 196-x^2=-56+30x-x^2 よって196=-56+30x、30x=252、x=8.4。 BH^2=14^2-8.4^2=196-70.56=125.44なので、BH=11.2m。 面積は1/2×15×11.2=84m^2である。

2. 散水機の中心を3辺から等距離にするとき、その距離を求め、半径4.5mの散水機で花壇の外に水が届くか判断しなさい。

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3辺から等距離な点は内接円の中心である。内接円の半径rは、面積S=84、半周s=(13+14+15)/2=21を用いてS=rsと表せる。r=84/21=4m。別にr=2S/(13+14+15)=168/42=4mとしてもよい。中心から各辺までの距離は4mで、散水機の半径4.5mは0.5mだけ辺の外側まで届く。花壇内だけに水を届けたいなら半径4m以下が必要で、4.5mのものは適さない。