辺上の点を動かすときの面積の最小(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/23
🔁 類題: 辺上の点を動かすときの面積の最小(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
1 辺の長さが $2$ の正三角形 $\mathrm{ABC}$ の辺 $\mathrm{AB}$,$\mathrm{BC}$,$\mathrm{CA}$ 上に,それぞれ点 $\mathrm{P}$,$\mathrm{Q}$,$\mathrm{R}$ を $\mathrm{AP}=\mathrm{BQ}=\mathrm{CR}=x$ となるようにとる($0<x<2$).$\triangle\mathrm{PQR}$ の面積の最小値と,そのときの $x$ の値を求めよ.
$\triangle\mathrm{APR}$ は $\mathrm{AP}=x$,$\mathrm{AR}=2-x$,$\angle\mathrm{A}=60^\circ$ であるから,面積は $\dfrac{1}{2}x(2-x)\sin 60^\circ=\dfrac{\sqrt{3}}{4}x(2-x)$.同様に,$\triangle\mathrm{BQP}$ は $\mathrm{BQ}=x$,$\mathrm{BP}=2-x$,$\triangle\mathrm{CRQ}$ は $\mathrm{CR}=x$,$\mathrm{CQ}=2-x$ で,挟む角はどちらも $60^\circ$ であるから,$\triangle\mathrm{APR}$ と同じ面積である.
$\triangle\mathrm{ABC}=\dfrac{\sqrt{3}}{4}\cdot 4=\sqrt{3}$ であるから
\[ \triangle\mathrm{PQR}=\sqrt{3}-\frac{3\sqrt{3}}{4}x(2-x)=\frac{3\sqrt{3}}{4}(x^2-2x)+\sqrt{3}=\frac{3\sqrt{3}}{4}(x-1)^2+\frac{\sqrt{3}}{4} \]
$0<x<2$ において,$x=1$ のとき最小値 $\dfrac{\sqrt{3}}{4}$
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