2つの図形が「合同(congruent)」とは、形も大きさもまったく同じで、移動・回転・裏返しで重ね合わせられることをいいます。一方「相似(similar)」とは、形は同じだが大きさが違う、つまり一方を一定の倍率で拡大・縮小すると他方に重なる関係です。ここでは三角形の合同条件(SSS・SAS・ASA・RHS)、相似な三角形と相似比(長さの比)、相似を使った未知の辺の求め方、そして面積比が 、体積比が になる関係を学びます。
Two figures are congruent if they have exactly the same shape and size — one can be placed on the other by translating, rotating or reflecting it. Two figures are similar if they have the same shape but possibly different sizes — one is an enlargement or reduction of the other by a constant scale factor. In this topic we study the conditions for congruent triangles (SSS, SAS, ASA, RHS), similar triangles and the scale factor (the ratio of lengths), using similarity to find missing sides, and the result that areas scale by while volumes scale by .
What congruence means
合同な図形は、対応する辺の長さがすべて等しく、対応する角の大きさもすべて等しくなります。記号では のように を使って表します。合同を示すときは、対応する頂点を同じ順で書くことが大切です(、、)。合同な三角形では、6つの要素(3辺と3角)すべてを調べなくても、特定の3つの条件がそろえば合同だと判断できます。
Congruent figures have all corresponding sides equal and all corresponding angles equal. We write this with the symbol , as in . When stating a congruence it is important to list corresponding vertices in the same order (, , ). For triangles we do not need to check all six elements (three sides and three angles): certain sets of three matching pieces are enough to guarantee congruence.
Conditions for congruent triangles
2つの三角形が合同であることを示す条件は4つあります。SSS(3辺がそれぞれ等しい)、SAS(2辺とその間の角がそれぞれ等しい)、ASA(2角とその間の辺がそれぞれ等しい。2角が決まれば残りの角も決まるので AAS も同じ扱い)、RHS(直角三角形で、斜辺と他の1辺がそれぞれ等しい)。注意したいのは、SSA(2辺と、その間ではない角)や AAA(3角だけ)は合同条件ではないことです。AAA は形は同じでも大きさが違いうるので、相似の条件にあたります。
There are four conditions that prove two triangles congruent: SSS (all three sides equal), SAS (two sides and the included angle equal), ASA (two angles and the included side equal — and since fixing two angles fixes the third, AAS works the same way), and RHS (in right-angled triangles, the hypotenuse and one other side equal). Note that SSA (two sides and a non-included angle) and AAA (three angles only) are not congruence conditions. AAA gives the same shape but possibly a different size, so it is a condition for similarity instead.
Similarity and the scale factor
相似な図形では、対応する角はすべて等しく、対応する辺の長さの比はすべて一定です。この一定の比を相似比(scale factor) といいます。たとえば で、対応する辺が2倍になっていれば です。三角形では、対応する2組の角が等しい(AA)か、3組の辺の比が等しい(SSS 相似)か、2組の辺の比とその間の角が等しい(SAS 相似)かのいずれかで相似が示せます。記号は を使います。
In similar figures, all corresponding angles are equal and the ratios of all corresponding sides are equal. This common ratio is the scale factor . For example, if and each corresponding side is twice as long, then . Triangles can be shown similar by AA (two pairs of equal angles), by SSS similarity (all three side ratios equal), or by SAS similarity (two side ratios equal with the included angle equal). We use the symbol .
Finding sides using similarity
2つの三角形が相似だとわかれば、対応する辺の比が等しいことを使って未知の辺を求められます。手順は、(1) 対応する頂点・辺をそろえる、(2) 対応する辺の比の等式(比例式)を立てる、(3) 解く、の3つです。たとえば なら、両辺に をかけて となります。どの辺とどの辺が対応するかを、図の向きにまどわされずに角の等しさから正しく対応づけることがポイントです。
Once two triangles are known to be similar, we use the equality of corresponding side ratios to find an unknown side. The steps are: (1) match corresponding vertices and sides, (2) write a proportion equating corresponding side ratios, and (3) solve it. For instance, from we multiply both sides by to get . The key is to pair the correct sides — use the equal angles to match them, rather than being misled by how the diagram is drawn.
Area and volume scale factors
相似な図形で長さの比(相似比)が のとき、面積の比は 、体積の比は になります。たとえば長さが 倍になれば面積は 倍、体積は 倍です。逆に、面積比が とわかっていれば、長さの比はその平方根をとって 、体積比はそれを3乗して となります。長さ→面積は2乗、長さ→体積は3乗、という対応をしっかり押さえましょう。
For similar figures with a length ratio (scale factor) of , the ratio of areas is and the ratio of volumes is . So if lengths double, areas multiply by and volumes by . Conversely, if the area ratio is , the length ratio is the square root, , and the volume ratio is the cube of that, . Keep firmly in mind: length to area means squaring, and length to volume means cubing.
Worked examples
Practice
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