円にかかわる長さを θ で表して合成する最大・最小(A)
★★★☆☆☆☆(共通テスト) / 作成者: shonan / 2026/10/24
🔁 類題: 円にかかわる長さを θ で表して合成する最大・最小(B) (★★★☆☆☆☆(共通テスト))
問題
半径 1 の円に内接する $\triangle$ABC において,$\angle\mathrm{A}=\dfrac{\pi}{3}$ である.$\angle\mathrm{B}=\theta$ とするとき,$\mathrm{AB}+\mathrm{AC}$ の最大値と,そのときの $\theta$ の値を求めよ.
正弦定理より $\dfrac{\mathrm{AC}}{\sin B}=\dfrac{\mathrm{AB}}{\sin C}=2\cdot 1=2$.$C=\pi-\dfrac{\pi}{3}-\theta=\dfrac{2}{3}\pi-\theta$ で,$0<\theta<\dfrac{2}{3}\pi$.
\[ \mathrm{AB}+\mathrm{AC}=2\sin\left(\frac{2}{3}\pi-\theta\right)+2\sin\theta \]
加法定理により $\sin\left(\dfrac{2}{3}\pi-\theta\right)=\dfrac{\sqrt{3}}{2}\cos\theta+\dfrac{1}{2}\sin\theta$ であるから
\[ \mathrm{AB}+\mathrm{AC}=3\sin\theta+\sqrt{3}\cos\theta=2\sqrt{3}\sin\left(\theta+\frac{\pi}{6}\right) \]
$\dfrac{\pi}{6}<\theta+\dfrac{\pi}{6}<\dfrac{5}{6}\pi$ であるから,$\theta+\dfrac{\pi}{6}=\dfrac{\pi}{2}$ すなわち $\theta=\dfrac{\pi}{3}$ のとき最大値 $2\sqrt{3}$.
(このとき $\triangle$ABC は正三角形である.)
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