大問1
〔問1〕 次の(1)~(5)を計算しなさい。
(1) \( 3-9 \)
(2) \( \dfrac{7}{3}+2 \div \left( -\dfrac{6}{5} \right) \)
【解説】
\( =\dfrac{7}{3}+2 \times \left( -\dfrac{5}{6} \right) \)
\( =\dfrac{7}{3}+ \left( -\dfrac{5}{3} \right) \)
\( =\dfrac{7}{3}-\dfrac{5}{3} \)
\( =\dfrac{2}{3} \)
(3) \( 2(3a-b)-(2a-5b) \)
【解説】
\( =6a-2b-2a+5b \)
\( =4a+3b \)
(4) \( \sqrt{50}-\dfrac{6}{\sqrt{2}} \)
【解説】
\( =5\sqrt{2}-\dfrac{6 \times \sqrt{2}}{\sqrt{2} \times \sqrt{2}} \)
\( =5\sqrt{2}-3\sqrt{2} \)
\( =2\sqrt{2} \)
(5) \( (a+3)(a-3)+(a-4)^2 \)
【解説】
\( =(a^2-9)+(a^2-8a+16) \)
\( =2a^2-8a+7 \)
〔問2〕 次の二次方程式を解きなさい。
\( x^2+5x-6=0 \)
【解説】
\( (x-1)(x+6)=0 \)
\( x=1,-6 \)
〔問3〕 次のア~オの数の中から無理数をすべて選び,その記号をかきなさい。
ただし, \( \pi{} \) は円周率を表すものとする。
ア \( -0.2 \) イ \( \dfrac{1}{3} \) ウ \( \sqrt{5} \) エ \( -\sqrt{16} \) オ \( \pi{} \)
【解説】
無理数とは,\( \dfrac{整数}{整数} \) の形の分数で表せないものまたは小数で表したときに同じ数の並びを繰り返さない
(循環小数ではない)もののことです。
ア,イ,エは,\( \dfrac{整数}{整数} \) の形の分数で表すことができるので無理数ではありません。
ア \( -0.2=-\dfrac{2}{10}=-\dfrac{1}{5} \)
イ \( \dfrac{1}{3} \)
エ \( -\sqrt{16}=-4=-\dfrac{4}{1} \)
循環小数分数で表すことができる
循環小数は,\( \dfrac{整数}{整数} \) の形の分数で表すことができます。
例: \( 0.123123・・・ \) の場合
\( 0.123123・・・ \) を \( 1000 \) 倍すると,\( 123.123123・・・ \) であり,
\( 123.123123・・・ \)
\( \underline{-) \;\;\;\;\;\; 0.123123・・・} \)
\( 123 \)
ととなります。
ここから,\( n=0.123123・・・ \) とすると,\( 1000n=123.123123・・・ \) と表すことができるので,
\( 1000n-n=123 \)
\( 999n=123 \)
\( n=\dfrac{123}{999}=\dfrac{41}{333} \)
よって,\( 0.123123・・・ \) は,分数の形で \( \dfrac{41}{333} \) と表すことができます。
〔問4〕 \( y \) は \( x \) に比例し,\( x=4 \) のとき,\( y=6 \) である。\( x=-6 \) のとき,\( y \) の値を求めなさい。
【解説】
\( y \) が \( x \) に比例するとき,\( y=ax \)( \( a \) は定数)の形の式で表すことができます。
\( y=ax \) に \( x=4,y=6 \) を代入すると,
\( 6=4a \)
\( a=\dfrac{3}{2} \)
なので,この関係を表す式は \( y=\dfrac{3}{2}x \) になります。
ここに \( x=-6 \) を代入すると,
\( y=\dfrac{3}{2} \times (-6)=-9 \)
〔問5〕 図のように,線分 \( AB \) がある。
次の手順に従って直線をひく。
手順
➀ 点 \( A,B \) をそれぞれ中心とし,等しい
半径の円を2つかく。
ただし,2つの円の交点は2つあると
する。
➁ 2つの円の交点を \( C,D \) とし,直線 \( CD \)
をひく。
次の文は,直線 \( CD \) がどのような直線であるかを説明したものである。
文中の にあてはまる言葉をかきなさい。
2つの円の半径が等しいことに着目すると,直線 \( CD \) は,線分 \( AB \) の である。
【解説】
手順のとおりに作図すると,下の図のようになり,
2つの円の半径が等しいことから,四角形 \( ADBC \) はひし形になります。
ひし形の対角線はそれぞれの中点で垂直に交わるので,
直線 \( CD \) は,線分 \( AB \) の垂直二等分線になっています。

〔問6〕 あるイベントの参加者は \( 2500 \) 人であり,この中から \( 125 \) 人を無作為に抽出し,年齢を調査したところ,15歳以上20歳未満の人数は \( 36 \) 人であった。このイベントの参加者 \( 2500 \) 人のうち,15歳以上20歳未満の人数は,およそ何人と推定されるか,求めなさい。
【解説】
標本調査では,
母集団に含まれる調査対象の割合(比率)と標本に含まれる調査対象の割合(比率)は等しい
と考えることができます。
求める15歳以上20歳未満の人数を \( x \) 人とすると,
母集団(\( 2500 \) 人)に含まれる15歳以上20歳未満の人数(\( x \) 人)の割合と
標本(\( 125 \) 人)に含まれる15歳以上20歳未満の人数(\( 36 \) 人)の割合は等しいので,
\( 2500:x=125:36 \)
\( 125x=2500 \times 36 \)
\( x=20 \times 36=720 \)(人)
大問2
〔問1〕 ある遊園地の入園料は,おとな \( 2 \) 人と中学生 \( 3 \) 人では \( 12400 \) 円,おとな \( 3 \) 人と中学生 \( 1 \) 人では \( 12300 \) 円である。
このとき,おとな \( 1 \) 人の入園料を \( x \) 円,中学生 \( 1 \) 人の入園料を \( y \) 円として連立方程式をつくり,cの入園料はそれぞれ何円か,求めなさい。
ただし,消費税は考えないものとする。
【解答】
\( \left\{ \begin{array}{}
2x+3y=12400 \\
3x+y=12300 \\
\end{array} \right. \)
おとな \( 1 \) 人の入園料・・・ \( 3500 \) 円
中学生 \( 1 \) 人の入園料・・・ \( 1800 \) 円
【解説】
おとな \( 3 \) 人と中学生 \( 1 \) 人の入園料
おとな \( 2 \) 人の入園料は \( 2x \) 円,中学生 \( 3 \) 人の入園料は \( 3y \) 円
と表すことができ,これらの合計が \( 12400 \) 円なので,
\( 2x+3y=12400 \) ・・・ ➀
おとな \( 2 \) 人と中学生 \( 3 \) 人の入園料
おとな \( 3 \) 人の入園料は \( 3x \) 円,中学生 \( 1 \) 人の入園料は \( y \) 円
と表すことができ,これらの合計が \( 12300 \) 円なので,
\( 3x+y=12300 \) ・・・ ➁
➀➁を連立方程式として解くと,
\( \left\{ \begin{array}{}
2x+3y=12400 \;\; ・・・ \;\; ➀ \\
3x+y=12300 \;\; ・・・ \;\; ➁ \\
\end{array} \right. \)
➁ \( \times 3 \) すると,
\( 9x+3y=36900 \) ・・・ ➁’
➁’ \( – \) ➀すると,
\( 7x=24500 \)
\( x=3500 \)(円)
➁に代入すると,
\( 3 \times 3500+y=12300 \)
\( 10500+y=12300 \)
\( y=1800 \)(円)
〔問2〕 ゆうきさんと先生は,ある整数を,規則的に並んだ整数の和で表すことを考えている。
例えば,\( 60 \) は,\( 12+14+16+18 \) のように,連続する4つの偶数の和で表すことができる。
次の文は,そのことについて話し合っているゆうきさんと先生の会話の一部である。
先 生:\( 156 \) は,連続する4つの偶数の和で表すことができますが,その4つの偶数は,どのように
求められるでしょうか。
(➀ゆうきさんがノートに考えをかく。)
ゆうき:求められました。これでいいですか。
先 生:正解です。次は,連続する4つの奇数の和で表すことを考えてみましょう。
ゆうき:例えば,\( 324 \) は,そのように表すことができるかな。
先 生:➁連続する4つの奇数の和は,\( 8 \) の倍数になることがわかっていますよ。
ゆうき:そうなんですか。\( 324 \) は \( 8 \) の倍数ではないので,連続する4つの奇数の和で表すことが
できないのですね。でも,どうして連続する4つの奇数の和は,\( 8 \) の倍数になるのだろう。
次の(1),(2)に答えなさい。
(1) 下線部➀について,次の文はゆうきさんの考えである。文中の ア , イ , ウ にあてはまる文字式をかきなさい。
ゆうきさんの考え
\( n \) を整数とする。連続する4つの偶数のうち,最も小さい偶数を \( 2n \) とすると,連続する4つの偶数は,小さい順に \( 2n \), ア , イ , ウ と表される。
4つの偶数の和が \( 156 \) なので, \( 2n+( \) ア \( )+( \) イ \( )+( \) ウ \( )=156 \)
これを解くと,\( n=18 \) となる。
したがって,和が \( 156 \) になる連続する4つの偶数は,\( 36,38,40,42 \) である。
【解答】
ア ・・・ \( 2n+2 \)
イ ・・・ \( 2n+4 \)
ウ ・・・ \( 2n+6 \)
【解説】
整数は, 偶数,奇数,偶数,奇数 ・・・ と,偶数と奇数が順番に繰り返しているので,
偶数だけを考えると,\( 2,4,6,8,・・・ \) と \( 2 \) ずつ増えていきます。
よって, 最も小さい偶数を \( 2n \) とすると,連続する4つの偶数は,
小さい順に \( 2n \),\( 2n+2 \),\( 2n+4 \),\( 2n+6 \) と表されます。
(2) 下線部➁のことがらが成り立つ理由を,\( n \) を使った文字式を用いて説明しなさい。
ただし,\( n \) は整数とする。
【解答】
連続する4つの奇数のうち,最も小さい奇数を \( 2n+1 \) とすると,連続する4つの奇数は,
小さい順に \( 2n+1 \),\( 2n+3 \),\( 2n+5 \),\( 2n+7 \) と表される。
このとき,4つの奇数の和は,
\( (2n+1)+(2n+3)+(2n+5)+(2n+7)=8n+16=8(n+2) \)
と表すことができる。
\( n \) が整数であるとき,\( n+2 \) も整数なので,
\( 8(n+2) \) は \( 8 \) の倍数である。
したがって,連続する4つの奇数の和は \( 8 \) の倍数になる。
〔問3〕 図1のように,半径が \( 6 \; cm \) の球を,中心 \( O \) を通る平面 \( P \) で切り取り,さらに,\( O \) を通り平面 \( P \) に垂直な平面で切り取ってできた立体がある。
このとき,この立体の表面積を求めなさい。
ただし,円周率は \( \pi{} \) とする。
【解答】
\( 72\pi{} \; cm^2 \)
【解説】
できた立体は,半径が \( 6 \; cm \) の球を \( \dfrac{1}{4} \) だけ切り取ったもので,
曲面1つと半円状の平面2つからできています。
曲面部分の面積
半径が \( 6 \; cm \) の球の表面積の \( \dfrac{1}{4} \) なので,
\( 4\pi{} \times 6^2 \times \dfrac{1}{4}=36\pi{} \; (cm^2) \)
平面部分の面積
半径が \( 6 \; cm \) の円を半分にした平面が2つあるということは,
2つ合わせると半径が \( 6 \; cm \) の円になるので,
\( \pi{} \times 6^2=36\pi{} \; (cm^2) \)
よって,求める立体の表面積は,
\( 36\pi{}+36\pi{}=72\pi{} \; (cm^2) \)
〔問4〕2つのさいころを同時に投げるとき,出る目の和が素数になる確率を求めなさい。
ただし,さいころの \( 1 \) から \( 6 \) までのどの目が出ることも同様に確からしいものとする。
【解説】
2つのさいころをさいころA,さいころBとして,
出る目の組み合わせとその和を表に書き出すと,
右のようになります。
2つのさいころの出る目の和は,\( 2~12 \) のどれか
であり,この中で素数は \( 2,3,5,7,11 \) です。
よって,
和が素数になる組み合わせは \( 15 \) 通り,
すべての組み合わせは \( 36 \) 通りなので,
求める確率は \( \dfrac{15}{36}=\dfrac{5}{12} \)
〔問5〕 ある日,A農園とB農園では,みかんを \( 200 \) 個ずつ収穫した。図2は,その \( 200 \) 個それぞれの重さのデータを,農園ごとに箱ひげ図に表したものである。

図2から読みとれることとして,次の(I)~(Ⅲ)は,それぞれ正しいといえますか。下のア~ウの中から最も適切なものを1つずつ選び,その記号をかきなさい。
(Ⅰ) A農園の第3四分位数は \( 60 \; g \) 以上 \( 70 \; g \) 以下である。
(Ⅱ) データの範囲は,A農園よりB農園の方が大きい。
(Ⅲ) B農園では,\( 60 \; g \) 以下のみかんを \( 65 \) 個以上収穫できた。
ア 正しい イ 正しくない ウ この図からはわからない
【解答】
(Ⅰ) ・・・ イ
(Ⅱ) ・・・ ア
(Ⅲ) ・・・ ウ
【解説】
(Ⅰ) ・・・ 第3分位数は,箱の右端の部分の値なので,A農園の第3四分位数は \( 90 \; g \) であり,
正しくありません。
(Ⅱ) ・・・ データの範囲は,【 最大値 \( – \) 最小値 】で求めることができます。
A農園の範囲は,\( 100-60=40 \; (g) \)
B農園の範囲は,\( 95-50=45 \; (g) \)
であり,B農園の方が大きいので正しい。
(Ⅲ) ・・・ B農園ではみかんを \( 200 \) 個収穫したので,
第一四分位数(\( 55 \; g \))は,小さい方から \( 50 \) 番目と \( 51 \) 番目の重さの平均値
中央値(\( 63 \; g \) )は,小さい方から \( 100 \) 番目と \( 101 \) 番目の重さの平均値
になっています。
ここから,
小さい方から \( 51 \) 番目の重さは \( 55 \; g \) 以上,\( 100 \) 番目の重さは \( 63 \; g \) 以下
であることがわかります。
ただし,\( 51~100 \) 番目の重さについては,\( 55 \; g \) 以上 \( 63 \; g \) 以下であること
しかわかりません。
よって,重さが \( 60 \; g \) 以下のみかんの個数は \( 50 \) 個以上 \( 100 \) 個以下であった
としか言えません。
大問3
図1のように,関数 \( y=\dfrac{1}{3}x^2 \) ・・・ ➀ のグラフ上に点 \( A(3,3) \) がある。
次の〔問1〕~〔問4〕 に答えなさい。
〔問1〕 関数 \( y=\dfrac{1}{3}x^2 \) について述べた文として正しいものを,次のア~ウの中からすべて選び,その記号をかきなさい。
ア この関数のグラフは,\( y \) 軸を対称の軸として,線対称である。
イ 変化の割合は一定である。
ウ \( x>0 \) の範囲で,\( x \) の値が増加すると,\( y \) の値は増加する。
【解説】
ア ・・・ 絶対値が \( t \) である数について,
\( x \) 座標を \( t \) とするとき,\( y \) 座標の値は,\( \dfrac{1}{3}t^2 \) と表すことができます。
\( x \) 座標の正負を入れ替えた \( -t \) とするとき,\( y \) 座標の値は,\( \dfrac{1}{3}t^2 \) と表すことができます。
つまり,\( x \) 座標の絶対値が等しいとき,\( y \) 座標の値は等しくなるので,
この関数のグラフは,\( y \) 軸を対称の軸として,線対称であるといえます。
イ ・・・ 変化の割合とは,グラフ上の任意の2点を直線で結んだときの傾きのことです。
例として,\( y=\dfrac{1}{3}x^2 \) 上の3点 \( \left( 1,\dfrac{1}{3} \right) \),\( \left( 2,\dfrac{4}{3} \right) \),\( (3,3) \) について考えると,
2点 \( \left( 1,\dfrac{1}{3} \right) \),\( \left( 2,\dfrac{4}{3} \right) \) 間の変化の割合は,
\( \dfrac{\dfrac{4}{3}-\dfrac{1}{3}}{2-1}=1 \)
3点 \( \left( 2,\dfrac{4}{3} \right) \),\( (3,3) \) 間の変化の割合は,
\( \dfrac{3-\dfrac{4}{3}}{3-2}=\dfrac{5}{3} \)
なので,一定ではありません。
ウ ・・・ \( x>0 \) の範囲で,\( x \) の値が増加すると,\( x^2 \) の値も大きくなるので,
\( x \) の値が増加すると,\( y \) の値 \( \left( \dfrac{1}{3}x^2 \right) \) は増加します。
〔問2〕 \( x \) 軸上に点 \( P \) をとり,\( △AOP \) の面積が \( 6 \) となるようにする。
このとき,\( P \) の座標をすべて求めなさい。
【解説】
「すべて求めなさい」となっているので,2つ以上の答えがある(可能性が高い)ことに気をつけます。
この場合は,\( P \) の \( x \) 座標が正の場合と負の場合の2つあります。

\( P \) の \( x \) 座標が正の場合
\( △AOP \) の底辺を \( OP \) とし,点 \( P \) の \( x \) 座標を \( t \) とすると,\( OP \) の長さは \( t \) になります。
点 \( A \) の \( y \) 座標が \( 3 \) であることから,
高さは \( 3 \) なので,
\( t \times 3 \times \dfrac{1}{2}=6 \)
\( 3t=12 \)
\( t=4 \)
よって,\( P \) の座標は,\( (4,0) \)
\( \phantom{} \)

\( P \) の \( x \) 座標が負の場合
\( △AOP \) の底辺を \( OP \) とし,点 \( P \) の \( x \) 座標を \( t \) とすると, \( t<0 \) なので,
\( OP \) の長さは \( -t \) になります。
点 \( A \) の \( y \) 座標が \( 3 \) であることから,
高さは \( 3 \) なので,
\( -t \times 3 \times \dfrac{1}{2}=6 \)
\( -3t=12 \)
\( t=-4 \)
よって,\( P \) の座標は,\( (-4,0) \)
\( \phantom{} \)

〔問3〕 図2のように,関数 \( y=ax^2 \;\; (a<0) \) ・・・ ➁ のグラフ上に2点 \( B,C \) をとり,直線 \( AB \) と \( y \) 軸が平行,\( AO//BC \) となるようにする。
\( C \) の \( x \) 座標が \( -4 \) のとき,\( a \) の値を求めなさい。
【解説】
直線 \( AO \) は,原点と \( A(3,3) \) を通るので,
傾き \( =\dfrac{3-0}{3-0}=1 \)
になっています。
また,\( AO//BC \) なので,
直線 \( BC \) の傾きも \( 1 \) になっています。
点 \( B \) は \( y=ax^2 \) 上の点で,\( x \) 座標が \( 3 \)
なので,\( y \) 座標は,
\( y=a \times 3^2=9a \)
点 \( C \) は \( y=ax^2 \) 上の点で,\( x \) 座標が \( -4 \)
なので,\( y \) 座標は,
\( y=a \times (-4)^2=16a \)
と表すことができます。
直線 \( BC \) は,2点 \( B(3,9a),C(-4,16a) \) を通り,
傾きが \( 1 \) であることから,
\( \dfrac{9a-16a}{3-(-4)}=1 \)
\( \dfrac{-7a}{7}=1 \)
\( a=-1 \)
〔問4〕 図3のように,\( A \) を通り \( y \) 軸に平行な直線と ➀ のグラフおよび関数 \( y=-\dfrac{1}{4}x^2 \) ・・・ ➂ のグラフで表された曲線によって囲まれた図形(斜線の部分)がある。
この図形の周および内部において,\( x \) 座標と \( y \) 座標がともに整数である点の個数を求めなさい。
【解説】
「\( x \) 座標と \( y \) 座標がともに整数である点」と条件があるので,
まず,\( x \) の取り得る値について考えると,
➀➁のグラフはどちらも原点を通っていて,点 \( A \) の \( x \) 座標が \( 3 \) なので,
\( x \) の取り得る値は \( 0,1,2,3 \) の4つに限定されます。
ここから,\( x \) 座標が \( 0,1,2,3 \) それぞれの場合において
\( y \) 座標の取り得る値を考えていきます。
\( x \) 座標が \( 0 \) の場合
➀,➁のグラフはどちらも原点を通っているので,
あてはまる座標は,原点 \( (0,0) \) の1個。
\( x \) 座標が \( 1 \) の場合
➀のグラフの \( y \) 座標の値は,
\( y=\dfrac{1}{3} \times 1^2=\dfrac{1}{3} \)
➁のグラフの \( y \) 座標の値は,
\( y=-\dfrac{1}{4} \times 1^2=-\dfrac{1}{4} \)
なので,斜線の部分が含まれる \( y \) 座標の範囲は,
\( -\dfrac{1}{4}≦y≦\dfrac{1}{3} \)
この中で整数は,\( 0 \) だけなので,
\( x \) 座標と \( y \) 座標がともに整数である点は,
\( (1,0) \) の1個。
\( x \) 座標が \( 2 \) の場合
➀のグラフの \( y \) 座標の値は,
\( y=\dfrac{1}{3} \times 2^2=\dfrac{4}{3} \)
➁のグラフの \( y \) 座標の値は,
\( y=-\dfrac{1}{4} \times 2^2=-1 \)
なので,斜線の部分が含まれる \( y \) 座標の範囲は,
\( -1≦y≦\dfrac{4}{3} \)
この中で整数は,\( -1,0,1 \) なので,
\( x \) 座標と \( y \) 座標がともに整数である点は,
\( (2,-1),(2,0),(2,1) \) の3個。
\( x \) 座標が \( 3 \) の場合
➀のグラフの \( y \) 座標の値は,
\( y=\dfrac{1}{3} \times 3^2=3 \)
➁のグラフの \( y \) 座標の値は,
\( y=-\dfrac{1}{4} \times 3^2=-\dfrac{9}{4} \)
なので,斜線の部分が含まれる \( y \) 座標の範囲は,
\( -\dfrac{9}{4}≦y≦3 \)
この中で整数は,\( -2,-1,0,1,2,3 \) なので,
\( x \) 座標と \( y \) 座標がともに整数である点は,
\( (3,-2),(3,-1),(3,0),(3,1),(3,2),(3,3) \) の6個。
以上より,\( x \) 座標と \( y \) 座標がともに整数である点は,全部で11個。
大問4
〔問1〕 図1のように,\( ∠ADB=40°,∠BAC=60° \) のとき,\( ∠ABC \) の大きさを求めなさい。
【解説】
\( \stackrel{\huge\frown}{ AB } \) に対する円周角なので,
\( ∠ACB=∠ADB=40° \)
\( △ABC \) において,
\( ∠ABC=180°-(40°+60°)=80° \)
〔問2〕 図2,図3,図4において,線分 \( BD \) は円 \( O \) の直径である。
また,図3,図4において,線分 \( AC \) と線分 \( BD \) との交点を \( E \),直線 \( CO \) と線分 \( AD \) との交点を \( F \) とする。
次の(1)~(3)に答えなさい。
(1) 図2のように,\( AB=2 \; cm,BC=3 \; cm,CD=4 \; cm \) のとき,線分 \( AD \) の長さを求めなさい。
【解答】
\( AD=\sqrt{21} \; cm \)
【解説】
\( ∠BAD \) と \( ∠BCD \) は直径 \( BD \) に対する
円周角なので,
\( ∠BAD=∠BCD=90° \)
\( △BCD \) において,三平方の定理より,
\( BD^2=BC^2+CD^2 \)
\( =3^2+4^2 \)
\( =25 \)
\( BD=5 \; (cm) \)(\( BD>0 \) より)
\( △ABD \) において,三平方の定理より,
\( AD^2=BD^2-AB^2 \)
\( =5^2+2^2 \)
\( =21 \)
\( AD=\sqrt{21} \; (cm) \)(\( AD>0 \) より)
(2) 図3のように,直線 \( AD \) と直線 \( BC \) との交点を \( G \) とする。
このとき,\( △GCF \) ∽ \( △CAF \) を証明しなさい。
【解答】
\( △GCF \) と \( △CAF \) において,
\( △OBC \) は二等辺三角形なので,
\( ∠GCF=∠CBO \) ・・・ ➀
\( \stackrel{\huge\frown}{ CD } \) に対する円周角なので,
\( ∠CAF=∠CBO \) ・・・ ➁
➀➁より,
\( ∠GCF=∠CAF \) ・・・ ➂
共通な角なので,
\( ∠GFC=∠CFA \) ・・・ ➃
➀➃より,2組の角がそれぞれ等しいので,
\( △GCF \) ∽ \( △CAF \)
(3) 図4のように,\( AB=BO,BC=CD \),
\( AE=3\sqrt{2} \; cm \) のとき,線分 \( CF \) の長さを求めなさい。
【解答】
\( CF=4+2\sqrt{3} \; cm \)
【解説】
まず,与えられた条件からわかることを整理します。
\( AB=BO \) より,\( AB \) は円 \( O \) の半径と等しく,
\( AB=BO=CO=DO \)
ここから,\( BD=2AB \) であり,\( ∠BAD=90° \) でもあるので,\( △ABD \) は \( 30°,60°,90° \) の
直角三角形になっています。
また,\( BC=CD \) より,\( ∠BCD=90° \) でも
あることから,\( △BCD \) は直角二等辺三角形に
なっています。
さらに,点 \( O \) が線分 \( BD \) の中点であることから,\( CO⊥BD \) であり,\( △OBC,△ODC \) も
直角二等辺三角形になっています。
以上,\( 30°,60°,90° \) の直角三角形と直角二等辺三角形ができていることから,
以下,これらの辺の比を利用して線分 \( CF \) の長さを求められないか考えます。
線分 \( BE \) の長さを求める
\( △AED \) と \( △BEC \) は,
\( ∠ADE=∠BCE,∠AED=∠BEC \)
より,2組の角がそれぞれ等しいので,
\( △AED \) ∽ \( △BEC \)
\( △ABD \) は \( 30°,60°,90° \) の直角三角形なので,
\( AB:AO=1:\sqrt{3} \) ・・・ ➀
\( △OBC \) は直角二等辺三角形なので,
\( AB:BC=BO:BC=1:\sqrt{2} \) ・・・ ➁
\( \phantom{ } \)

➀➁より,\( △AED \) と \( △BEC \) の相似比は,
\( AO:BC=\sqrt{3}:\sqrt{2} \)
対応する辺の比は等しいので,
\( AE=3\sqrt{2} \; cm \) より,
\( AE:BE=\sqrt{3}:\sqrt{2} \)
\( 3\sqrt{2}:BE=\sqrt{3}:\sqrt{2} \)
\( \sqrt{3}BE=6 \)
\( BE=2\sqrt{3} \; (cm) \)
線分 \( DO \) の長さを求める
同様に,\( △AEB \) ∽ \( △DEC \) にもなっていて,
相似比は,
\( AB:DC=AB:BC=1:\sqrt{2} \)
なので,
\( AE:DE=1:\sqrt{2} \)
\( 3\sqrt{2}:DE=1:\sqrt{2} \)
\( DE=6 \; (cm) \)
\( BE=2\sqrt{3} \; cm,DE=6 \; cm \) より,
直径 \( BD \) の長さは
\( BE+DE=2\sqrt{3}+6 \; (cm) \)
なので,半径 \( DO \) の長さは,
\( DO=\dfrac{BD}{2} \)
\( =\dfrac{6+2\sqrt{3}}{2} \)
\( =3+\sqrt{3} \; (cm) \)
\( \phantom{ } \)

線分 \( OF \) の長さを求める
3点 \( C,O,F \) は一直線上の点であることから,
\( CO⊥BD \) より,\( FO⊥BD \) でもあるので,
\( ∠DOF=90° \)
になっています。
ここから,\( △OFD \) は \( 30°,60°,90° \) の
直角三角形なので,
\( OF=\dfrac{OD}{\sqrt{3}} \)
\( =\dfrac{3+\sqrt{3}}{\sqrt{3}} \)
\( =\dfrac{(3+\sqrt{3}) \times \sqrt{3}}{\sqrt{3} \times \sqrt{3}} \)
\( =\dfrac{3\sqrt{3}+3}{3} \)
\( =1+\sqrt{3} \; (cm) \)
\( \phantom{ } \)

線分 \( CF \) の長さを求める
線分 \( CF \) を \( CO+OF \) と考えると,\( CO=DO=3+\sqrt{3} \; cm \) なので,
\( CF=CO+OF \)
\( =(3+\sqrt{3})+(1+\sqrt{3}) \)
\( =4+2\sqrt{3} \; (cm) \)