一辺の長さが 1, ∠B = 60° の菱形 ABCD がある。辺 AD の中点を M とし、辺 CD 上に BP + PM が最小になるように点 P をとる。このとき、BP + PM を求めよ。
BP と AC の交点を Q とするとき、AQ : DP を求めよ。ただし、比は最も簡単な整数比にすること。
CD を 1 辺とする正三角形を描き、その三角形の C, D 以外の頂点を A' とする。A'D の中点を M' とすると、BP + PM = BP + PM' となる。よって、求める最短距離は BM' の長さということになる。三角形 BDM' で、∠BDM' = 90°, BD = √3, DM' = 1/2 より、三平方の定理を用いると、 BM' = √(3 + 1/4) = √(13/4) = √13/2となる。
三角形 ABQ ∽ 三角形 CPQ ∽ 三角形 DPM' より、DP = a とおくと、 DM' : DP = CQ : CP 1/2 : a = CQ : (1 − a) a CQ = (1 − a)/2 CQ = (1 − a)/2aとなる。また、 AB : AQ = DP : PM' 1 : (3a − 1)/2a = a : 1/2 (3a − 1)/2 = 1/2 3a − 1 = 1 a = 2/3となる。以上から、AQ = 3/4, DP = 2/3 であるから、AQ : DP = 9 : 8。
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