共通テスト(数学) 過去問
令和6年度(2024年度)本試験
問47 (数学Ⅰ・数学A(第5問) 問7)

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問題

共通テスト(数学)試験 令和6年度(2024年度)本試験 問47(数学Ⅰ・数学A(第5問) 問7) (訂正依頼・報告はこちら)

図1のように、平面上に5点A、B、C、D、Eがあり、線分AC、CE、EB、BD、DAによって、星形の図形ができるときを考える。線分ACとBEの交点をP、ACとBDの交点をQ、BDとCEの交点をR、ADとCEの交点をS、ADとBEの交点をTとする。

ここでは
AP:PQ:QC=2:3:3、 AT:TS:SD=1:1:3
を満たす星形の図形を考える。
以下の問題において比を解答する場合は、最も簡単な整数の比で答えよ。

(2)5点P、Q、R、S、Tが同一円周上にあるとし、AC=8であるとする。

(ⅱ)3点A、B、Cを通る円と点Dとの位置関係を、次の構想に基づいて調べよう。

<構想>
線分ACとBDの交点Qに着目し、AQ・CQとBQ・DQの大小を比べる。

まず、AQ・CQ=5・3=15かつBQ・DQ=( キク )であるから

AQ・CQ( ケ )BQ・DQ  ・・・・・①

が成り立つ。また、3点A、B、Cを通る円と直線BDとの交点のうち、Bと異なる点をXとすると

AQ・CQ( コ )BQ・XQ  ・・・・・②

が成り立つ。①と②の左辺は同じなので、①と②の右辺を比べることにより、XQ( サ )DQが得られる。したがって、点Dは3点A、B、Cを通る円の( シ )にある。

( コ )にあてはまるものを1つ選べ。
問題文の画像

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この過去問の解説 (3件)

01

(※問題文同様に、線分ACの長さをACと記します。)
問われているのはAQ・CQ と BQ・XQ の値の大小関係です。
A, C, B, X は同一円周上にある事に注意すると、
方べきの定理によりAQ・CQ = BQ・XQ が成立する事が分かります。

 

本設問では AQ・CQ と BQ・XQ の大小関係だけが問われています。
「=」の選択肢が設問(コ)の解答となります。
 

選択肢2. =

問題文を最後までを読むと、Xの具体的な位置を問われる前に本設問があります。
つまり本設問は、「点Xの位置が正確に分からなくても解けるはずの設問」のはずです。

(※ただし、本設問の時点で点Xは少なくとも、弦ACよりも直線BD上で点Qから見てD側にある事までは分かります。)


問われているのはあくまでAQ・CQ と BQ・XQ の大小関係なので、方べきの定理を使う事で本設問を解く事ができます。
 

まとめ

一見分かりにくいかもしれませんが、
本設問は方べきの定理を使用する設問です。
下図の3つの場合のうち、左の場合の方べきの定理となります。

図の左と中央の場合は AP・BP = CP・DP が成立し、
右の場合はAP・BP = TP2 が成立します。

本設問で使うのは前者です。円周角の定理と三角形の相似関係で証明できます。


本設問では、方べきの定理を使うと直ちに解答が得られる構成になっています。
方べきの定理に対して、問題を解く形で慣れておきましょう。
本設問のように少し変わった形で問われる事もあります。


線分の長さを求めるタイプの問題では方べきの定理を直接使わなくても三角形の相似比で解ける場合もありますが、本設問では方べきの定理を直接覚えていないと解答を得るのがやや難しいと思われます。

 

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02

3点A、B、Cを通る円と直線BDとの交点のうち、Bと異なる点をXとすると、以下のような図になります。

選択肢2. =

方べきの定理より、AQ・CQ=BQ・XQが成り立ちます。

よって、コ =となります。

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03

ここでは、「3点A、B、Cを通る円」を考えています。
この円において、直線ACと直線BDは点Qで交わっています。
点A、点C、点B、そして直線BD上でBと異なる点Xは、すべてこの円の周上の点です。

円の内部または外部の点から円に2本の直線を引き、それぞれが円と2点で交わるとき、「方べきの定理」が成り立ちます。
この問題では、点Qが交点にあたります。
点Qを通る直線が円と点A、Cで交わり、もう一方の直線が円と点B、Xで交わっているので、方べきの定理を適用すると、

AQ・CQ=BQ・XQ

という関係式が成り立ちます。

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