内接正多角形で π を評価する(A)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 内接正多角形で π を評価する(B) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
半径 1 の円に内接する正八角形の周の長さを利用して,円周率 $\pi$ が $3.05$ より大きいことを証明せよ.ただし,$\sqrt{2}=1.4142\cdots$ を用いてよい.
正八角形の 1 辺は,中心角 $\dfrac{\pi}{4}$ の二等辺三角形の底辺であるから,その長さは $2\sin\dfrac{\pi}{8}$(下図).周の長さは円周 $2\pi$ より短いから
\[ 8\cdot 2\sin\frac{\pi}{8}<2\pi \quad\text{すなわち}\quad \pi>8\sin\frac{\pi}{8} \]
半角の公式より $\sin^2\dfrac{\pi}{8}=\dfrac{1-\cos\frac{\pi}{4}}{2}=\dfrac{2-\sqrt{2}}{4}$ であり,$\sin\dfrac{\pi}{8}>0$ であるから,$\sin\dfrac{\pi}{8}=\dfrac{\sqrt{2-\sqrt{2}}}{2}$ で
\[ \pi>4\sqrt{2-\sqrt{2}} \]
$\sqrt{2}<1.415$ より $2-\sqrt{2}>0.585$.また $0.7625^2=0.58140\cdots<0.585$ であるから $\sqrt{2-\sqrt{2}}>0.7625$.よって
\[ \pi>4\times 0.7625=3.05 \]
\hfill 〔証明終〕
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