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Twitterで数学に関する話題を発信しています。本家のサイトはログインしなければ閲覧できない仕様になってしまったので,当サイトに移して誰でも見られるようにしました。(2023.8.1)

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

中3向け,2辺の長さ $x$,$y$ とその間の角 $\theta$ から三角形の面積を求める方法です。$x$,$y$ は何でもいいので,面積の分かる適当な三角形を作り,その2辺の長さを伸縮させて求める三角形に合わせます。
$\theta=75\deg$ の例です。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

$\theta$ が $30\deg$,$45\deg$,$60\deg$,$90\deg$,$120\deg$,$135\deg$,$150\deg$ であればわざわざこんな方法をとらなくてもいいですが,$15\deg$,$75\deg$,$105\deg$,$165\deg$ にも通用するので,中3の時点では汎用性が高い方法です。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

$165\deg$ は「面積の分かる適当な三角形」が作りにくいですが,例えば $15\deg$ の内角をもつ三角形を作っておいて,その外角を使うといいです。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

ここまで考えれば,角が $\theta$ でも $180\deg-\theta$ でも三角形の面積は変わらないことに気付くと思うので,ここからさらなる一般化を考えて,$\sin\theta=\sin(180\deg-\theta)$ や $S=\[1/2]ab\sin C$ の考えに向かうのもいいでしょう。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

ちなみに,次のような方法で面積を求めることもできます。図としてはこちらの方が分かりやすいかもしれません。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

立方体(青色)を,緑色の正三角形の面に関して対称移動し,別の立方体(赤色)をつくった様子です。この図に示されている全ての点が格子点になっています。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

[プラチカ理系1A2B 問65]
解説にあるような解き方は,受験生が初めからそうしようとは考えにくい方法で,別解として紹介するならいいですが,これを模範解答とするのはあまり良い解説とは思えません。
普通に考えれば,$a\sin x+b\cos x$ が $x$ の定数関数になるための条件は $a=b=0$ であることに気付き,それを利用しようと考えるのが自然な発想ではないかと思います。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

証明は簡単です。$a\neq0$ または $b\neq0$ とすると,$a\sin x+b\cos x$ は合成によって振幅が $\r{a^2+b^2}\gt0$ の波をなすと分かるので定数関数ではありません。だから $a=0$ かつ $b=0$ となる必要があります。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

$y$ の最大値が $a$ であることを証明するには,$y\leqq a$ とその等号が成り立つ場合があることを確かめればよいのですが,あらかじめ $y=a$ の成立が明らかであれば,あとは $y\gt a$ が成り立たないことを示す方が自然という場合もあります。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

通常の確率 $P(A)$ も全事象 $U$ を条件とする条件付き確率とみなすことができます。つまり,$P(A)=P_U(A)$ です。ただし,わざわざ $U$ を付けて表すのは,整数を書くのに分母が $1$ の分数を毎回書くようなもので,無駄なので普通は省きます。特に強調したい意図があるときだけ書いてください。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

条件付き確率の簡単な例です。Uを出発して,AかBを経由して,XかYかZに到着します。道幅は分岐の比率を表しています。

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

A,Bを経由する確率は,それぞれ
$P(A)=\[7/10]$,$P(B)=\[3/10]$
X,Y,Zに到着する確率は,それぞれ
$P(X)=\[4/10]$,$P(Y)=\[5/10]$,$P(Z)=\[1/10]$
Aを経由したとき,X,Yに到着する確率は,それぞれ
$P_A(X)=\[4/7]$,$P_A(Y)=\[3/7]$
Yに到着したとき,A,Bを経由してきた確率は,それぞれ
$P_Y(A)=\[3/5]$,$P_Y(B)=\[2/5]$

浜田昌宏 / 浜田塾@hamadajuku

$P_Y(A)$ や $P_Y(B)$ のような時間を逆行して考えるタイプの条件付き確率は「原因の確率」とよばれています。分かりにくいという人も多いですが,こういうシンプルな例で考えれば納得しやすいと思います。