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数学I

正弦定理・余弦定理と面積の練習問題と解き方

三角形の 3 辺と 3 つの角のうち、いくつかがわかれば残りが求まります。どの定理を使うかを、与えられた条件から判断しましょう。

基礎・標準:高校1年・3学期/発展:高校3年・受験期

数学の問題ジェネレーター

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正弦定理と余弦定理

正弦定理(RR は外接円の半径)
asin⁡A=bsin⁡B=csin⁡C=2R\frac{a}{\sin A} = \frac{b}{\sin B} = \frac{c}{\sin C} = 2R
余弦定理
a2=b2+c2−2bccos⁡A,cos⁡A=b2+c2−a22bca^2 = b^2 + c^2 - 2bc\cos A,\qquad \cos A = \frac{b^2 + c^2 - a^2}{2bc}

「1 辺と 2 角」や外接円の問題には正弦定理、「2 辺とその間の角」や「3 辺」の問題には余弦定理を使います。sin⁡A:sin⁡B:sin⁡C=a:b:c\sin A : \sin B : \sin C = a : b : c も正弦定理から導かれます。

三角形の面積と内接円

面積の公式
S=12bcsin⁡A,S=12r(a+b+c)(r は内接円の半径)S = \frac{1}{2}bc\sin A,\qquad S = \frac{1}{2}r(a + b + c)\quad (r \text{ は内接円の半径})

3 辺がわかっているときは、余弦定理で cos⁡A\cos A、sin⁡2A+cos⁡2A=1\sin^2 A + \cos^2 A = 1 で sin⁡A\sin A を求めてから面積を計算します。例:a=7a = 7, b=5b = 5, c=3c = 3 なら cos⁡A=−12\cos A = -\frac{1}{2} で A=120∘A = 120^\circ、S=1534S = \frac{15\sqrt{3}}{4} です。

2 つの解・円に内接する四角形・測量

aa, bb, AA が与えられて cc を求めるときは、余弦定理が cc の二次方程式になり、解が 2 つあることがあります。c>0c > 0 を満たすものはすべて答えです。

円に内接する四角形

対角の和は 180∘180^\circ なので cos⁡D=−cos⁡B\cos D = -\cos B、sin⁡D=sin⁡B\sin D = \sin B。対角線 AC の長さを △ABC\triangle ABC と △ACD\triangle ACD の余弦定理で 2 通りに表して cos⁡B\cos B を求めます。

測量の問題では、まず地面上の三角形で正弦定理を使って距離を求め、次に鉛直な直角三角形で tan⁡\tan を使って高さを求めます。