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平行線と線分の比

平行線と線分の比

三角形の1辺に平行な直線は、残りの2辺を同じ比で切る。

主張

△ABC\triangle ABC の辺 BCBC に平行な直線が、辺 ABAB を点 DD、辺 ACAC を点 EE で切るとき、DD・EE は 22 辺を「同じ比」で分けるよ。AD:DB=AE:ECAD:DB=AE:EC。さらに頂点 AA から測れば AD:AB=AE:AC=DE:BCAD:AB=AE:AC=DE:BC も成り立つ。平行な1本の線が、22 つの辺の比をそっくりそろえてくれる。これがいちばんの値打ちだね。

AD:DB=AE:EC(=AD:AB=AE:AC=DE:BC)AD:DB = AE:EC \quad(=AD:AB=AE:AC=DE:BC)
ABCDE
BCBC に平行な DEDE が、上どうし ADAD・AEAE(赤)と下どうし DBDB・ECEC(緑)を同じ比で切る。AD:DB=AE:ECAD:DB=AE:EC。

成り立つ条件

DE∥BCDE \parallel BC であること(平行が大前提)。DD は辺 ABAB 上、EE は辺 ACAC 上にとる。平行でないと比はそろわないので、まず「どの辺と平行か」を必ず確かめよう。

証明(なぜ成り立つ?)

△ADE\triangle ADE と △ABC\triangle ABC が相似であることを示し、相似比から 22 辺の比がそろうことを導く。

  1. 1

    DE∥BCDE \parallel BC だから、直線 ABAB を横切る DEDE と BCBC の同位角は等しく ∠ADE=∠ABC\angle ADE=\angle ABC。角 AA は 22 つの三角形に共通。22 角が等しいから、この 22 つは相似だね。

    △ADE∼△ABC\triangle ADE \sim \triangle ABC
  2. 2

    相似な三角形では対応する辺の比が等しいから、AD:AB=AE:AC=DE:BCAD:AB=AE:AC=DE:BC。まず「頂点 AA から測った比」がそろったね。

  3. 3

    DB=AB−ADDB=AB-AD、EC=AC−AEEC=AC-AE だから、ADDB=AD/AB1−AD/AB\dfrac{AD}{DB}=\dfrac{AD/AB}{1-AD/AB}、AEEC=AE/AC1−AE/AC\dfrac{AE}{EC}=\dfrac{AE/AC}{1-AE/AC}。ADAB=AEAC\dfrac{AD}{AB}=\dfrac{AE}{AC} なので右辺どうしも等しく、左辺どうしも等しい。

    AD:DB=AE:ECAD:DB = AE:EC

逆

逆も成り立つ。△ABC\triangle ABC で、ABAB 上の点 DD と ACAC 上の点 EE が AD:DB=AE:ECAD:DB=AE:EC を満たすなら、DE∥BCDE \parallel BC になる。「比がそろっている → 平行」と読めるので、平行であることを示す道具にもなるよ。

補足・つまずきポイント

比の書き方は 33 通り(AD:DB=AE:ECAD:DB=AE:EC / AD:AB=AE:ACAD:AB=AE:AC / DE:BCDE:BC もそろう)。問題に合うものを選ぼう。中点連結定理は、この比がちょうど 1:11:1(中点)になった特別な場合だと思うと、22 つが地続きに見えてくる。「同じ比で切る」のは平行が効いているからで、平行でない線は比をそろえない点に注意。

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使いどころ

この定理が、実際の問題でどう効くのかを見てみよう。

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