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  1. 数学
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合同と証明

形も大きさも同じ図形を合同といいます。三角形の合同条件を使うと、辺や角が等しいことを、根拠を示して説明(証明)できます。

この単元でできるようになること

  • 合同な図形の対応する辺・角を答えられる
  • 三角形の合同条件を3つ言える
  • 証明の仮定と結論を区別できる
  • 合同条件を使った証明を、根拠を示して書ける

前に習ったこと

始める前に、次の問題が解けるか確かめよう。

問題を読み込んでいます…

基本を理解する

合同とは

2つの図形がぴったり重ね合わせられるとき、その2つは合同であるといいます。

記号は \(\equiv\) を使い、\(\triangle ABC \equiv \triangle DEF\) と書きます。

頂点を対応する順に書く

\(\triangle ABC \equiv \triangle DEF\) と書いたら、

  • A と D、B と E、C と F が対応

という意味になります。順番を入れかえて書いてはいけません。 順番が正しければ、\(AB = DE\)、\(\angle B = \angle E\) などが自動的に読み取れます。

合同な図形の性質

\[ \text{対応する辺は等しい}, \qquad \text{対応する角は等しい} \]

三角形の合同条件

3つのうちどれか1つが言えれば、2つの三角形は合同です。

三角形の合同条件

  1. 3組の辺がそれぞれ等しい
  2. 2組の辺とその間の角がそれぞれ等しい
  3. 1組の辺とその両端の角がそれぞれ等しい

「間の角」「両端の角」に注意

位置関係が条件に入っている

  • 条件2は「2辺の間の角」でなければいけません。間でない角ではダメです
  • 条件3は「1辺の両端の角」でなければいけません

2組の辺と、間でない角が等しくても、合同とは限りません。 ここが最もまちがえやすいところです。

直角三角形のときの追加条件

直角三角形には、さらに2つの条件が使えます(3年生で詳しく扱います)。

  • 斜辺と1つの鋭角がそれぞれ等しい
  • 斜辺と他の1辺がそれぞれ等しい

証明の書き方

証明は決まった型があります。型どおりに書けば、必ず形になります。

証明の型

【仮定】 問題文に書かれていること
【結論】 示したいこと

(証明)
△ABC と △DEF において
  ① ○○ = ○○     …(根拠)
  ② ○○ = ○○     …(根拠)
  ③ ○○ = ○○     …(根拠)
①②③より、□□がそれぞれ等しいので
  △ABC ≡ △DEF
合同な図形の対応する辺(角)は等しいので
  △△ = △△

根拠として書けるもの

根拠 いつ使うか
仮定 問題文に最初から書いてある
共通な辺/角 2つの三角形が同じ辺・角を共有している
対頂角は等しい 2直線が交わっている
錯角/同位角が等しい 平行な線がある
合同な図形の対応する辺(角) 合同を示したあと

「なんとなく等しそう」は根拠にならない

図を見て等しそうでも、根拠を言葉で書けなければ使えません。 上の表のどれかに当てはまるか、必ず確認しましょう。

動かして確かめる

いきなり書くのは難しいので、根拠を選んで組み立てる練習から始めましょう。 3つの証明(二等辺三角形の底角、平行四辺形の対辺、対頂角)を用意しています。

例題

例題1

線分 AB と CD が点 O で交わり、\(AO = BO\)、\(CO = DO\) である。 このとき \(AC = BD\) であることを証明しなさい。

解答

【仮定】 \(AO = BO\)、\(CO = DO\) 【結論】 \(AC = BD\)

(証明)

\(\triangle AOC\) と \(\triangle BOD\) において

  • ① \(AO = BO\) …(仮定)
  • ② \(CO = DO\) …(仮定)
  • ③ \(\angle AOC = \angle BOD\) …(対頂角は等しい)

①②③より、2組の辺とその間の角がそれぞれ等しいので

\[ \triangle AOC \equiv \triangle BOD \]

合同な図形の対応する辺は等しいので

\[ AC = BD \]

(証明終わり)

なぜ「間の角」といえるのか

\(\angle AOC\) は、辺 \(AO\) と辺 \(CO\) にはさまれた角です。 使った2辺の間にあるので、条件2が使えます。

例題2

\(AB = AC\) である二等辺三角形 ABC で、辺 AB、AC 上に \(AD = AE\) となる点 D、E をとる。 このとき \(BE = CD\) であることを証明しなさい。

解答

【仮定】 \(AB = AC\)、\(AD = AE\) 【結論】 \(BE = CD\)

(証明)

\(\triangle ABE\) と \(\triangle ACD\) において

  • ① \(AB = AC\) …(仮定)
  • ② \(AE = AD\) …(仮定)
  • ③ \(\angle A = \angle A\) …(共通な角)

①②③より、2組の辺とその間の角がそれぞれ等しいので

\[ \triangle ABE \equiv \triangle ACD \]

合同な図形の対応する辺は等しいので

\[ BE = CD \]

(証明終わり)

どの2つの三角形を選ぶか

\(BE\) と \(CD\) を含む三角形を探すのがコツです。 \(BE\) は \(\triangle ABE\) に、\(CD\) は \(\triangle ACD\) にあります。 結論に出てくる辺や角を含む三角形を選びましょう。

自分でやってみる

解いたら「答えを確認」で確かめよう。

問題を読み込んでいます…

まとめ

  • 合同は \(\equiv\)。対応する順に頂点を書く
  • 合同条件は3つ。「間の角」「両端の角」という位置関係が大事
  • 証明は型どおりに書く:仮定 → 根拠のある段階 → 合同 → 結論
  • 根拠に書けるのは、仮定・共通・対頂角・錯角/同位角・合同の性質
  • 結論に出てくる辺や角を含む三角形を選ぶ

次は 三角形と四角形 で、二等辺三角形と平行四辺形を扱います。


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