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2023年6月15日

垂直二等分線上の点以外に等距離の点は存在する?

垂直二等分線の性質
 ある線分の垂直二等分線上のすべての点はその線分の両端までの距離が等しいという性質があります。
垂直二等分線上の点以外に線分の両端までの距離が等しい点が存在しないことを確かめてみます。

 まずは、ある線分の垂直二等分線上のすべての点はその線分の両端までの距離が等しいことを確かめます。
線分の両端から線分の垂直二等分線上の点までの距離は等しい
 線分ABの垂直二等分線lを引き、線分ABとの交点をMとします。
M以外の直線l上の任意の点Cをとり、2つの三角形ACMBCMに着目すると、

Mは線分ABの中点でもあるのでAM=BM (i)
直線lは線分ABに対し垂直なのでAMC=BMC=90° (ii)
共通の辺なのでCM=CM (iii)

(i), (ii), (iii)よりACMBCMは合同であることがわかります。
したがって、AC=BC (iv)が成り立ちます。

(i), (iv)より、ある線分の垂直二等分線上のすべての点はその線分の両端までの距離が等しいことがわかります。


 次に、垂直二等分線上の点以外に線分の両端までの距離が等しい点が存在しないことを背理法を利用して確かめてみます。
垂直二等分線上以外の点に線分の両端までの距離が等しい点が存在すると仮定
 垂直二等分線l上の点以外に線分の両端までの距離が等しい点Pが存在すると仮定します。
Pから線分ABまたはその延長へ垂線をおろし、その足をNとします。
このとき、線分ABの中点Mは直線l上に存在するため、点MNは一致しません。すなわちANBN ()となります。

 ANPBNPに着目すると

仮定よりAP=BP (v)
線分PNは線分ABに対し垂直なのでANP=BNP=90° (vi)
共通な辺よりPN=PN (vii)

(v), (vi), (vii)よりANPBNPは合同となります。
すると、このことからAN=BNが成り立ち()と矛盾するため仮定は誤りであることがわかります。

したがって、垂直二等分線上の点以外に線分の両端までの距離が等しい点が存在しないことがわかります。
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