【定理・公式・証明】高校数学定理・公式 – 数学A – 角の二等分線

角の二等分線(内角)

右図のような三角形 $\mathrm{ABC}$ に対して,角 $\mathrm{A}$ の内角の二等分線と線分 $\mathrm{BC}$ の交点を $\mathrm{D}$ とする。このとき,

BD:DC=AB:AC\mathrm{BD} : \mathrm{DC} = \mathrm{AB} : \mathrm{AC}

証明

線分 AD\mathrm{AD} は, ∠BAC\angle \mathrm{BAC} の二等分線より,

angleBAC=∠DACangle \mathrm{BAC} = \angle \mathrm{DAC} …①

また,線分 AB\mathrm{AB} を点 A\mathrm{A} の方に延長した半直線 BA\mathrm{BA} 上に, AD/ ⁣/CC′\mathrm{AD} / \! / \mathrm{CC'} となるように,点 C′\mathrm{C'} をとる。線分 AC\mathrm{AC} について, AD/ ⁣/CC’\mathrm{AD} / \! / \mathrm{CC’} なので,

∠DAC=∠ACC′\angle \mathrm{DAC} = \angle \mathrm{ACC'} …②

∠BAD=∠AC′C\angle \mathrm{BAD} = \angle \mathrm{AC'C} …③

①,②,③より,

∠ACC′=∠AC′C\angle \mathrm{ACC'} = \angle \mathrm{AC'C}

となるので,三角形 ACC′\mathrm{ACC'} は二等辺三角形。よって,

AC=AC′\mathrm{AC} = \mathrm{AC'}

また, AD/ ⁣/AC′\mathrm{AD} / \! / \mathrm{AC'} より, △ABD∽△C′BC\triangle \mathrm{ABD} \backsim \triangle \mathrm{C'BC} となるので,

BD:DC=BA:AC′=AB:AC\mathrm{BD} : \mathrm{DC} = \mathrm{BA} : \mathrm{AC'} = \mathrm{AB} : \mathrm{AC}

すなわち,

BD:DC=AB:AC\mathrm{BD} : \mathrm{DC} = \mathrm{AB} : \mathrm{AC}

角の二等分線(外角)

右図のような三角形 $\mathrm{ABC}$ に対して,角 $\mathrm{A}$ のような外角の二等分線と直線 $\mathrm{BC}$ の交点を $\mathrm{D}$ とする。このとき,

BD:DC=AB:AC\mathrm{BD} : \mathrm{DC} = \mathrm{AB} : \mathrm{AC}

証明

右図のように,半直線 BA\mathrm{BA} 上に点 X\mathrm{X} をとる。点 C\mathrm{C} を通り,線分 AD\mathrm{AD} に平行な直線と直線 AB\mathrm{AB} との交点を C′\mathrm{C'} とおく。このとき,

∠DAC=∠DAX\angle \mathrm{DAC} = \angle \mathrm{DAX} …①

AD/ ⁣/CC′\mathrm{AD} / \! / \mathrm{CC'} なので,

∠DAC=∠ACC′\angle \mathrm{DAC} = \angle \mathrm{ACC'} …②

また,直線 AB\mathrm{AB} について,

∠CC′A=∠DAX\angle \mathrm{CC'A} = \angle \mathrm{DAX} …③

①,②,③より,

∠ACC′=∠AC′C\angle \mathrm{ACC'} = \angle \mathrm{AC'C}

となるので,三角形 ACC′\mathrm{ACC'} は二等辺三角形。よって,

AC=AC′\mathrm{AC} = \mathrm{AC'}

また, AD/ ⁣/C′C\mathrm{AD} / \! / \mathrm{C'C} より, △ABD∽△C′BC\triangle \mathrm{ABD} \backsim \triangle \mathrm{C'BC} となるので,

BD:DC=AB:AC′=AB:AC\mathrm{BD} : \mathrm{DC} = \mathrm{AB} : \mathrm{AC'} = \mathrm{AB} : \mathrm{AC}

すなわち,

BD:DC=AB:AC\mathrm{BD} : \mathrm{DC} = \mathrm{AB} : \mathrm{AC}