『高校生からの挑戦状Part59』解答


◆長崎県の高校生 nfyp さんからの解答。

【問題1】

台形ABCD(AD>BCかつAD//BC)とする。
対角線ACとBDの交点をEとする。
ABとCDの交点をFとする。
FEを結ぶと台形ABCDは面積で2等分される。

(証)EからADに平行に線分GHを引く。
(GはABの交点,HはCDの交点)

AD=a,BC=bとし

省略

GE=EH=ab/a+bとなるので
BI=ICとなるので(IはEFとBCの交点) 面積は二等分される。

【問題2】

台形の面積の二等分を用いることにより、 その台形の上底、下底は二等分でき、また2a2等分できることになる。
平行四辺形ABCDのABを四等分し4AD=ABとするEをおく。
DとEとを結びBCとの延長の交点をFとすると3FB=ADとなる。
台形AFCDのFCを2等分し中点をGとすると3BG=BCとなりBCは三等分できる。
ADも同じように三等分すると合同な平行四辺形が3つできることになる。

【問題3】

 まず問題2より2等分,3等分,2a3b等分(a,bは正の整数)ができることになる。
(問題2を用いて)FB:FA=a:b,BG:GC=c:dとする。
 5等分はa:b=1:5 c:d=2:3 可能
 7等分はa:b=1:7 c:d=3:4 可能
 11等分は a:b=1:11 c:d=6:5 可能

よって素数等分する場合(2,3を除く)は
その(素数+1の値)/2の値は等分できるので、全ての自然数等分は可能になる。

【問題4】

正奇数角形では3角を除き、正偶数角形では2角を除き平行に交わらないように多角線を引く。
(正9角形ABCDEFGHIではBI,CH,DG,を引く)
その平行する対角線と辺は全て自然数等分できるのでそれを結んでいけばよい。

自然素数等分できる理由

(証)正奇数角形の正7角形ABCDEFGでは
 BG//CF GF//BGより平行四辺形ができる。
 CF//GB FG//CDより平行四辺形ができる。
 ED//CF DC//EBより平行四辺形ができる。

正偶数角形の正8角形ABCDEFGHでは
 BH//CG BC//HEより平行四辺形ができる。
 CG//DF FG//CBより平行四辺形ができる。

よって正n角形の(nは4以上の整数)対角線と辺は全て自然数等分できる。

内容的にはあまり知識もなくても解けるいい問題だと思います。


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