【数学A】図形の性質04:三角形の内心

図形の性質
さん
さん

今日の板書はこれ!

三角形の内心

■ 内心
三角形の3つの内角の二等分線は1点で交わる。その交点を内心という。

■ 内心の性質
内心は3辺からの距離が等しい点(内接円の中心)である。

例題1

点Iは△ABCの内心で、∠IBC=25°,∠ICB=35° である。∠BIC=\(\alpha\) を求めよ。


▼ 解答

Iは内心であるから ∠IBA=∠IBC=25°,∠ICA=∠ICB=35°

△IBCの内角の和より \(\alpha=180^\circ-(25^\circ+35^\circ)=\color{#EE4656}{120^\circ}\)

生徒
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さん
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内心Iがあるとき、∠BICは何度?

例題1

点Iは△ABCの内心である。\(\alpha\) を求めよ。

例題1の図:内心Iと角25°、35°、α
生徒
生徒

外心と内心って名前が似ていて、どっちがどっちか混ざってしまいます…

さん
さん

外心は「3辺の垂直二等分線の交点」、内心は「3つの内角の二等分線の交点」だよ。外心は頂点から、内心は辺から同じ距離にあるんだ。今回は内心をくわしく見ていこう!

内心とは?

三角形の3つの内角すべてに二等分線を引くと、3本は必ず1点で交わります。

この交点を内心といい、ふつうIで表します。

三角形ABCの3つの内角の二等分線と内心I、内接円

では、内心にはどんな性質があるのでしょうか。

まず、角の二等分線の性質を確認します。

角の二等分線上の点は、角をはさむ2辺BA,BCからの距離が等しくなっています。

∠Bの二等分線上の点Pから辺BA、BCに下ろした垂線の長さは等しい

内心Iは3本の二等分線すべての上にあるので、3辺からの距離が等しい点です。

図の赤い線は、Iから各辺に下ろした垂線で、長さがすべて等しくなっています。

そのため、Iを中心としてこの距離を半径とする円をかくと、3辺すべてに接します。

この円を△ABCの内接円といい、内心は内接円の中心になっています。

まず、∠Bの二等分線と∠Cの二等分線の交点をIとします。

Iは∠Bの二等分線上にあるので、辺BAと辺BCからの距離が等しくなります。

また、∠Cの二等分線上にあるので、辺CBと辺CAからの距離が等しくなります。

この2つから、Iは辺ABと辺ACからの距離も等しくなります。

2辺AB,ACから等しい距離にある三角形の内部の点は∠Aの二等分線上にあるので、Iは3本目の二等分線も通ります。

外心と内心のちがい

外心は「3辺の垂直二等分線の交点」で、3頂点からの距離が等しい点でした。

内心は「3つの内角の二等分線の交点」で、3辺からの距離が等しい点です。

また、外心は三角形の形によって外部にできることもありますが、内心はどんな三角形でも必ず三角形の内部にあります。

最初の問題を解こう

例題1

点Iは△ABCの内心である。\(\alpha\) を求めよ。

例題1の図:内心Iと角25°、35°、α

Iは内心なので、BIは∠Bの二等分線、CIは∠Cの二等分線です。

等しい角どうしを同じ色で表すと、次の図のようになります。

例題1の解説図:内心と角の二等分

求める \(\alpha\) は△IBCの1つの角です。

△IBCの残りの2つの角は25°と35°なので、三角形の内角の和から求められます。

\(\alpha=180^\circ-(25^\circ+35^\circ)=\color{#EE4656}{120^\circ}\)

さん
さん

内心が出てきたら、まず「角が2等分されている」ことに注目しよう!

練習問題

練習1

下の図において、点Iは△ABCの内心である。\(\alpha\) を求めよ。

練習1(1)の図
練習1(2)の図
練習1(3)の図
答えを見る

(1) ∠IAC=∠IAB=44° より ∠A=88°

∠IBA=∠IBC=20° より ∠B=40°

よって ∠C=180°-(88°+40°)=52°

\(\alpha\) は∠Cの半分であるから \(\color{#EE4656}{\alpha=26^\circ}\)

(2) ∠ICB=∠ICA=30° より ∠C=60°

よって ∠B=180°-(70°+60°)=50°

\(\alpha\) は∠Bの半分であるから \(\color{#EE4656}{\alpha=25^\circ}\)

(3) ∠B+∠C=180°-40°=140°

∠IBC+∠ICB は ∠B+∠C の半分であるから ∠IBC+∠ICB=70°

△IBCの内角の和より \(\alpha=180^\circ-70^\circ=\color{#EE4656}{110^\circ}\)

練習2

△ABCの内心をIとし、3辺BC,CA,ABに関してIと対称な点をそれぞれP,Q,Rとする。このとき、Iは△PQRについてどのような点であるか。

練習2の図:内心Iと3辺に関して対称な点P、Q、R
答えを見る

内接円の半径を \(r\) とする。Iから辺BCまでの距離は \(r\) であり、PはBCに関してIと対称な点であるから IP=\(2r\)

同様に IQ=\(2r\),IR=\(2r\)

よって IP=IQ=IR となり、Iは3点P,Q,Rからの距離が等しい点である。

したがって、Iは△PQRの外心である。

まとめ:三角形の内心

さん
さん

さて、今回のまとめだよ!

三角形の内心

■ 内心
三角形の3つの内角の二等分線は1点で交わる。その交点を内心という。

■ 内心の性質
内心は3辺からの距離が等しい点(内接円の中心)である。

生徒
生徒

また一つ賢くなった!

さん
さん

一人だと続かない人は、こんな方法もあるよ!

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