X-Git-Url: http://j8takagi.net/cgi-bin/gitweb.cgi?a=blobdiff_plain;f=latex_mk%2Ftest%2Fsanposhojo%2Fq1_ans.tex;fp=latex_mk%2Ftest%2Fsanposhojo%2Fq1_ans.tex;h=2bb0fe4ecf7c2c4d05561d3fd85a003d0db6d8c8;hb=119ed2bf50db8ad221b1fe82756259bebe2757e5;hp=0000000000000000000000000000000000000000;hpb=2430ec1742a4ce54fac53456dda513266fa685ed;p=makefiles.git diff --git a/latex_mk/test/sanposhojo/q1_ans.tex b/latex_mk/test/sanposhojo/q1_ans.tex new file mode 100644 index 0000000..2bb0fe4 --- /dev/null +++ b/latex_mk/test/sanposhojo/q1_ans.tex @@ -0,0 +1,231 @@ +\documentclass{jsarticle} +\usepackage[dvipdfm,pdftitle={算法少女 問題1 解答}]{hyperref} +\usepackage{pxjahyper} +\usepackage[dvipdfmx]{graphicx} +\usepackage{amsmath,amssymb} +\usepackage{okumacro} +\usepackage{textcomp} +\begin{document} + +\title{算法少女} +\author{} +\date{} + +\include{q1_q} + +\section*{解答} + +点や線を次の図のように定義する。 + +\begin{center} +\includegraphics[height=8cm]{q1_1.pdf} +\end{center} + +直線$AB$、直線 $BC$ 、直線 $CA$ はそれぞれEを中心とする小円の接線。 +その接点をそれぞれ $I$、$J$、$K$ とする。 + +さらに、小円の半径を1、外接円の半径をR、${\angle}CAB=\theta^{\circ}$ とする。 + +\begin{center} +\includegraphics[height=8cm]{q1_2.pdf} +\end{center} + +\newpage + +まず、$AB$ を調べる。 + +$AB$ は外接円の直径のため、 +\begin{gather} + AB = 2R \label{eq:ab1} +\end{gather} + +また、 +\begin{gather} + AB = AI + IB \label{eq:ab21} +\end{gather} + +$AI$ と $AK$ はどちらも点 $A$ を通り、点 $E$ を中心とする小円の接線のため、 +\begin{gather} + AI = AK \label{eq:ai1} +\end{gather} + +ここで、 +\begin{gather} + AC = AK + KC \notag \\ + AK = AC - KC \label{eq:ak1} +\end{gather} + +三角形 $ABC$ において ${\angle}BCA = 90^{\circ}、{\angle}CAB = {\theta}^{\circ}$より、 +\begin{gather} + AC = AB{\cos}{\theta} \label{eq:ac11} +\end{gather} + +\ref{eq:ab1}、\ref{eq:ac11} より、 +\begin{gather} + AC = 2R{\cos}{\theta} \label{eq:ac1} +\end{gather} + +$KC$ と$EJ$ は正方形 $EJCK$ の2辺のため、 +\begin{gather} + KC = EJ \label{eq:kc1} +\end{gather} + +$EJ$は小円の半径のため、 +\begin{gather} + EJ = 1 \label{eq:ej} +\end{gather} + +\ref{eq:kc1}、\ref{eq:ej} より、 +\begin{gather} + KC = 1 \label{eq:kc} +\end{gather} + +\ref{eq:ak1}、\ref{eq:ac1}、\ref{eq:kc} より、 +\begin{gather} + AK = 2R{\cos}{\theta} - 1 \label{eq:ak} +\end{gather} + +\ref{eq:ai1}、\ref{eq:ak} より、 +\begin{gather} + AI = 2R{\cos}{\theta} - 1 \label{eq:ai} +\end{gather} + +また、$IB$ と $BJ$ はどちらも点 $B$ を通り、点 $E$ を中心とする小円の接線のため、 +\begin{gather} + IB = BJ \label{eq:ib11} +\end{gather} + +ここで、 +\begin{gather} + BC = BJ + JC \notag \\ + BJ = BC - JC \label{eq:bj1} +\end{gather} + +三角形 $ABC$ において ${\angle}BCA = 90^{\circ}、{\angle}CAB = {\theta}^{\circ}$より、 +\begin{gather} + BC = AB{\sin}{\theta} \label{eq:bc11} +\end{gather} + +\ref{eq:ab1}、\ref{eq:bc11} より、 +\begin{gather} + BC = 2R{\sin}{\theta} \label{eq:bc1} +\end{gather} + +$JC$ と$EJ$ は正方形 $EJCK$ の2辺のため、 +\begin{gather} + JC = EJ \label{eq:jc1} +\end{gather} + +\ref{eq:ej}、\ref{eq:jc1} より、 +\begin{gather} + JC = 1 \label{eq:jc} +\end{gather} + +\ref{eq:bj1}、\ref{eq:bc1}、\ref{eq:jc} より、 +\begin{gather} + BJ = 2R{\sin}{\theta} - 1 \label{eq:bj} +\end{gather} + +\ref{eq:ib11}、\ref{eq:bj} より、 +\begin{gather} + IB = 2R{\sin}{\theta} - 1 \label{eq:ib} +\end{gather} + +\ref{eq:ab21}、\ref{eq:ai}、\ref{eq:ib}より、 +\begin{gather} + AB = 2R{\cos}{\theta} -1 + 2R{\sin}{\theta} -1 \notag \\ + AB = 2R{\sin}{\theta} + 2R{\cos}{\theta} - 2 \label{eq:ab2} +\end{gather} + +\ref{eq:ab1}、\ref{eq:ab2} より、 +\begin{gather} + 2R = 2R{\sin}{\theta} + 2R{\cos}{\theta} - 2 \notag \\ + R({\sin}{\theta} + {\cos}{\theta} - 1) = 1 \label{eq:ab} +\end{gather} + +次に、$DG$ を調べる。 + +$DG$ は外接円の半径のため、 +\begin{gather} + DG = R \label{eq:dg1} +\end{gather} + +一方、 +\begin{gather} + DG = DF + FG \label{eq:dg21} +\end{gather} + +三角形ADFにおいて ${\angle}AFD=90^{\circ}$、${\angle}DAF={\theta}^{\circ}$ より、 +\begin{gather} + DF = AD{\sin}{\theta} \label{eq:df1} +\end{gather} + +$AD$ は外接円の半径のため、 +\begin{gather} + AD = R \label{eq:ad} +\end{gather} + +\ref{eq:df1}、\ref{eq:ad} より、 +\begin{gather} + DF = R{\sin}{\theta} \label{eq:df} +\end{gather} + +FGはEを中心とする小円の直径のため、 + +\begin{gather} + FG = 1 \times 2 \notag \\ + FG = 2 \label{eq:fg} +\end{gather} + +\ref{eq:dg21}、\ref{eq:df}、\ref{eq:fg}より、 + +\begin{gather} + DG = R{\sin}{\theta} + 2 \label{eq:dg2} +\end{gather} + +\ref{eq:dg1}、\ref{eq:dg2}より、 + +\begin{gather} + R = R{\sin}{\theta} + 2 \notag \\ + R = \frac{2}{1 - {\sin}{\theta}} \label{eq:dg} +\end{gather} + +\ref{eq:ab}、\ref{eq:dg}より、 + +\begin{gather} + \left\{ + \begin{array}{l} + R({\sin}{\theta} + {\cos}{\theta} - 1) = 1 \\ + R = \dfrac{2}{1 - {\sin}{\theta}} + \end{array} + \right. +\end{gather} + +\begin{gather*} + \frac{2({\sin}{\theta} + {\cos}{\theta} - 1)}{1 - {\sin}{\theta}} = 1 \\ + 2{\sin}{\theta} + 2{\cos}{\theta} -2 = 1 - {\sin}{\theta} \\ + {\cos}{\theta} = \frac{3}{2}(1 - {\sin}{\theta}) +\end{gather*} + +${\sin}^2{\theta} + {\cos}^2{\theta} = 1$より、 +\begin{gather*} + {\sin}^2{\theta} + [\frac{3}{2}(1 - {\sin}{\theta})]^2 = 1 \\ + 13{\sin}^2{\theta} - 18{\sin}{\theta} + 5 = 0 \\ + {\sin}{\theta} = \frac{5}{13}, 1 +\end{gather*} + +${\theta}$は直角三角形の一角の角度で $0^{\circ} < {\theta}^{\circ} < 90^{\circ}$ のため、$0 < {\sin}{\theta} < 1$。よって、 + +\begin{gather} + {\sin}{\theta} = \frac{5}{13} \label{eq:sintheta} +\end{gather} + +\ref{eq:dg}、\ref{eq:sintheta}より、 + +\begin{gather} + R = \frac{2}{1 - \frac{5}{13}} \notag \\ + \therefore R = \frac{13}{4} +\end{gather} + +そのため、小円の半径と外接円の半径の比は、$4:13$ +\end{document}