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「4点を通る正方形」の定義

「4点A,B,C,Dを通る正方形」を,次のように定義する。

(あ) 4点A,B,C,Dは正方形の「辺上」になくても,「辺の延長上」にあればよい。
(い) 正方形のすべての辺の「辺上」または「辺の延長上」に,4点A,B,C,Dのいずれかが1つだけある。

「4点を通る正方形」の作図方法

https://www.youtube.com/shorts/wq6qkH5vQF8 (ショート動画です)

証明

→(未検証)

「4点を通る正方形」の一意性および存在の確認作業

上記の作図方法において,任意の4点A,B,C,Dに対して,最初の2円C1,C2の取り方が
 [1] 線分AB、線分CDを直径とする円
 [2] 線分AC、線分BDを直径とする円
 [3] 線分AD、線分BCを直径とする円
の3通りある。そして,その各々に対して
・C1のどちらの半円に交点を取るか(2通り)
・C2のどちらの半円に交点を取るか(2通り)
がある。
したがって,この作図方法だけで,実に計12通りの正方形が作図できる。

【課題0】

上で「12通りの正方形が作図できる」と述べたが,実際には,それらには重複がある。
2通りずつがペアになり,計6種類の正方形ができる?

→ 現時点で未検証。

4点を通る正方形1.png

【課題1】

上記の方法で作図した12通りの正方形の大半は、4点A,B,C,Dのいくつかが正方形の辺の【延長】にある。
「4点A,B,C,Dすべてが正方形の(辺の延長上ではなく)辺上に来る正方形が必ず存在する」と言えるか?

→【解決】計6種類の正方形すべてが(辺上ではなく)辺の延長上にくる正方形である例を作ることができたため。

4点を通る正方形2.png

【課題2】

条件を満たす正方形は、上記の作図方法で作図できるものしかないのか?
それとも、もっとあるのか?

→【解決】4点A,B,C,Dが正方形の頂点になる位置にあるとき,条件を満たす正方形は無限に存在する。

4点を通る正方形fv-ani.gif