Math Problem Statement

1辺の長さが20cmの正方形ABCDがあります。点Pは、辺 AB上を毎秒2cmの速さでAからBまで動き、点Qは、線分EC 上を毎秒1cmの速さで辺BCの中点EからCまで動きます。この とき、△PBQの面積が64cm²になるのは、出発してから何秒後で すか。

Solution

問題の概要は、次のようになります:

  • 正方形 ABCDABCD の1辺の長さは 20 cm。
  • PP は、辺 ABAB 上を毎秒 2 cm で、点 AA から点 BB まで動く。
  • QQ は、線分 ECEC 上を毎秒 1 cm で、点 EE(辺 BCBC の中点、したがって EE の位置は BB から 10 cm のところ)から点 CC まで動く。

PP が辺 ABAB 上を動き、点 QQ が線分 ECEC 上を動いている状況で、三角形 PBQ\triangle PBQ の面積が 64 cm² になるのは何秒後かを求めます。

点の位置の設定

  1. PP が辺 ABAB 上を動く場合、時刻 tt 秒後の点 PP の座標は、P(t)=(2t,0)P(t) = (2t, 0) です。ここで、tt は時間(秒)です。
  2. QQ が線分 ECEC 上を動く場合、時刻 tt 秒後の点 QQ の座標は、Q(t)=(10,t)Q(t) = (10, t) です。点 EE は点 BB と点 CC の中点です。

三角形の面積

三角形の頂点 P(x1,y1)P(x_1, y_1)B(x2,y2)B(x_2, y_2)Q(x3,y3)Q(x_3, y_3) に対して、三角形の面積 SS は次の公式で表せます:

S=12x1(y2y3)+x2(y3y1)+x3(y1y2)S = \frac{1}{2} \left| x_1(y_2 - y_3) + x_2(y_3 - y_1) + x_3(y_1 - y_2) \right|

ここで、点 PP の座標 (2t,0)(2t, 0)、点 BB の座標 (20,0)(20, 0)、点 QQ の座標 (10,t)(10, t) を代入して、三角形の面積を 64 cm² とします。

122t(0t)+20(t0)+10(00)=64\frac{1}{2} \left| 2t(0 - t) + 20(t - 0) + 10(0 - 0) \right| = 64

この式を解くと、時刻 tt を求めることができます。

122t2+20t=64\frac{1}{2} \left| -2t^2 + 20t \right| = 64

まず両辺に2をかけて絶対値を取り除くと、

2t2+20t=128\left| -2t^2 + 20t \right| = 128

よって、次の2つの式を解きます。

  1. 2t2+20t=128-2t^2 + 20t = 128
  2. 2t2+20t=128-2t^2 + 20t = -128

これを解いてみましょう。解いた結果、2つの式のうち、実数解が得られるのは次のものです:

  1. t=589t = 5 - \sqrt{89} は負の時間となるため、不適切です。
  2. t=5+89t = 5 + \sqrt{89} 秒。

したがって、正確な解は 5+895 + \sqrt{89} 秒後、約 14.44秒後 に三角形 PBQ\triangle PBQ の面積が64 cm²になります。

質問や詳細な説明が必要ですか?それとも他の問題に進みますか?

追加の関連質問:

  1. 三角形の面積公式の別の例を知りたいですか?
  2. 他の点の動き方でも三角形の面積が64cm²になるケースを考えられますか?
  3. 変数の扱いについてより深く理解したいですか?
  4. 線分の中点と動きの関係性をもう少し詳しく説明しましょうか?
  5. 動点問題における別の典型的な例を見てみますか?

1つのTip:

三角形の面積を求める公式は、幾何的な図形を扱う際、座標の変化による面積の変化を素早く計算できる便利なツールです。

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Coordinate Geometry
Kinematics
Quadratic Equations

Formulas

Area of a triangle with coordinates: S = 1/2 | x1(y2 - y3) + x2(y3 - y1) + x3(y1 - y2) |
Solving quadratic equations: ax^2 + bx + c = 0

Theorems

Quadratic Formula

Suitable Grade Level

Grades 10-12