一次関数と三角形の面積

数学一次関数座標三角形面積

一次関数のグラフと図形で2つの関数y=1/3x+1…①y=-x+5…②のグラフが点Aで交わっている。点Aの座標は(3、2)である。また、①のグラフとx軸との交点をB、②のグラフをy軸との交点をCとする。 問題→△CBAの面積を求めよ。 問題解いて解説見てもイマイチ分からないから詳しい解説が欲しい

12:17
リュウツー先生
リュウツー先生

いいね、設定はちゃんと読めてる。まず確認したいんだけど、点Bと点Cの座標は自分で出せてる?(ここが曖昧だと面積がふわっとする)

一応、問題文どおりに整理すると
y=13x+1y=\frac13x+1
y=x+5y=-x+5
交点 A(3,2)A(3,2)

で、

  • BB:①とxx軸の交点(つまり y=0y=0 にする)
  • CC:②とyy軸の交点(つまり x=0x=0 にする)
    ってこと。

ここまでで、あなたが今わからなくなってるのは
「B,Cの座標の出し方」なのか
「座標が出たあと、三角形の面積の出し方」なのか
どっち?

――と、その前に理解度確認でクイズいくね。

【クイズ1】点Bは①で y=0y=0 として求める。xxはいくつ?
A. 3-3 B. 00 C. 33 D. 66

【クイズ2】点Cは②で x=0x=0 として求める。yyはいくつ?
A. 00 B. 22 C. 55 D. 5-5

この2問の答えを教えて。そこから面積を「一番わかる形」で解説するわ。

12:18

クイズ1→A 2→C

13:38
リュウツー先生
リュウツー先生

素晴らしい!!どっちも正解。よくできてる。

まず座標を確定させよう。

  • A(3,2)A(3,2) は与えられてる。
  • BB は①とxx軸の交点だから y=0y=0
    0=13x+113x=1x=30=\frac13x+1 \Rightarrow \frac13x=-1 \Rightarrow x=-3
    よって B(3,0)B(-3,0)
  • CC は②とyy軸の交点だから x=0x=0
    y=0+5=5y=-0+5=5
    よって C(0,5)C(0,5)

次、面積。ワシは「座標の三角形はベクトル(行列式)」が一番スッキリすると思ってる。
CCを基準にして
CA=(30,25)=(3,3)\vec{CA}=(3-0,\,2-5)=(3,-3)
CB=(30,05)=(3,5)\vec{CB}=(-3-0,\,0-5)=(-3,-5)
三角形の面積は
S=12det(33\-35) =123(5)(3)(3) =12159=1224=12S=\frac12\left|\det\begin{pmatrix}3 & -3\-3 & -5\end{pmatrix}\right| \ =\frac12\left|3\cdot(-5)-(-3)\cdot(-3)\right| \ =\frac12\left|-15-9\right|=\frac12\cdot24=12

というわけで、CBA\triangle CBA の面積は 1212

ここまでOK?ベクトルのやり方がピンと来なかったら、別解(底辺×高さ)でも同じ答えにしてみせるよ。

13:38

中学生で行列式は習ってない

13:39
リュウツー先生
リュウツー先生

おお、そりゃそうだ!行列式は忘れてOK。中学の「底辺×高さ÷2」でいこう。

まず座標はさっきの通り確定ね。
A(3,2), B(3,0), C(0,5)A(3,2),\ B(-3,0),\ C(0,5)

面積を出すコツは、「底辺を1本決めて、その直線への高さ(垂直距離)を出す」こと。
今回は底辺を BCBC にするのが楽。

1) 底辺 BCBC の長さ

B(3,0)B(-3,0)C(0,5)C(0,5) だから
BC=(0(3))2+(50)2=32+52=34BC=\sqrt{(0-(-3))^2+(5-0)^2}=\sqrt{3^2+5^2}=\sqrt{34}

2) 点Aから直線BCへの高さ

直線 BCBC の式を作るね。
傾きは
500(3)=53\frac{5-0}{0-(-3)}=\frac53
だから
y=53(x+3)=53x+5y=\frac53(x+3)=\frac53x+5
これを一般形にして
5x3y+15=05x-3y+15=0

(x0,y0)(x_0,y_0) から直線 ax+by+c=0ax+by+c=0 までの距離(=高さ)は
d=ax0+by0+ca2+b2d=\frac{|ax_0+by_0+c|}{\sqrt{a^2+b^2}}
なので、点 A(3,2)A(3,2) を代入すると
d=53+(3)2+1552+(3)2 =156+1534=2434d=\frac{|5\cdot3+(-3)\cdot2+15|}{\sqrt{5^2+(-3)^2}} \ =\frac{|15-6+15|}{\sqrt{34}}=\frac{24}{\sqrt{34}}

3) 面積

S=12×BC×d =12×34×2434=12S=\frac12\times BC\times d \ =\frac12\times\sqrt{34}\times\frac{24}{\sqrt{34}}=12

というわけで面積は 1212

ここまではいい?「点から直線までの距離」の公式を使わない中学生向け(切って足して)な解き方も出せるけど、そっちがいい?

13:39

中学生向け

13:40
リュウツー先生
リュウツー先生

了解。中学生向けで「公式少なめ」でいくね。

まず座標を出す。
y=13x+1y=\frac13x+1xx軸の交点は y=0y=0 だから
0=13x+1x=30=\frac13x+1\Rightarrow x=-3
よって B(3,0)B(-3,0)
y=x+5y=-x+5yy軸の交点は x=0x=0 だから y=5y=5
よって C(0,5)C(0,5)
交点は A(3,2)A(3,2)

ここから面積。
三角形CBACBAを、座標の軸で囲まれる三角形から「引き算」して作る。

大きい三角形として、点 B(3,0)B(-3,0)C(0,5)C(0,5) と 原点 O(0,0)O(0,0) の三角形 BOC\triangle BOC を見ると
底辺OB=3OB=3、高さOC=5OC=5 なので
[BOC]=1235=152[BOC]=\frac12\cdot3\cdot5=\frac{15}{2}

次に、CBA\triangle CBABOC\triangle BOC に点Aが外側に出てる分もあるから、
実は「そのまま引き算」ではいけない。
なので中学生向けの王道:

平行四辺形みたいに“横にずらして”長方形の面積で処理するやり方をするね。

ベクトル(移動)を使うけど、言ってることは
「点Cを原点に平行移動」ってだけ。

Cを原点に移す(全点からCの座標を引く):
A(30, 25)=(3,3)A'(3-0,\ 2-5)=(3,-3)
B(30, 05)=(3,5)B'(-3-0,\ 0-5)=(-3,-5)
このとき、三角形CBA\triangle CBAの面積=OAB\triangle O A' B'の面積。

あとは中学の図形でやる。
A(3,3)A'(3,-3)B(3,5)B'(-3,-5) を含む平行四辺形を考えると、
底辺を「横の長さ」66xx3-3から33)と見る。
そのとき高さは「縦の差」の組み合わせで 44 になる(ここがポイント)。
計算としては
平行四辺形の面積=3(5)(3)(3)=159=24\text{平行四辺形の面積}=|3\cdot(-5)-(-3)\cdot(-3)|=|-15-9|=24
三角形はその半分だから
[CBA]=242=12[CBA]=\frac{24}{2}=12

行列式とか言ったけど、やってることは
「底辺×高さ=24の平行四辺形」→「三角形は半分」ってだけ。

ここまでOK?
もし“高さが4”のところがモヤるなら、図にA'とB'を書いて、
どうやって底辺6・高さ4を見てるか、手順だけさらに噛み砕くよ。

13:40

分かるようになった

13:41
リュウツー先生
リュウツー先生

やったぜ!

今回のポイントは

  • 交点・切片から A,B,CA,B,C の座標をまず確定する
  • あとは三角形の面積を「底辺×高さ÷2」か「平行移動して同じ面積の図形にする」って発想で処理する
    ってことだったね。

また似た問題で詰まったら、その問題文まるごと貼ってくれ。図のイメージの作り方から一緒にやるわ。

13:41
0 / 2000
マイセオくん