平方根と無理数:3か月でマスターする数学【2024/07/03】

数学の話です

数えられる数のことを「自然数」

これに、マイナスやゼロも合わせたものが「整数」

さらに、3分の1やマイナス3分の7など、2つの整数の分数で表せる数も合わせたものを「有理数」という
(※少数も分数で表せる)

そして、有理数でない数が「無理数」

・円周率(3.141592...)
・√2(ルート2)
など

√2は「平方根」、かけ合わせるとちょうど、2になる数
少数で表そうとすると、無限に数字が続く

√2を少数で表すと、1.141421356...(ひとよひとよにひとみごろ)
√3を少数で表すと、1.7320508...(ひとなみにおごれや)
√5を少数で表すと、2.2360679...(ふじさんろくにおうむなく)

私たちの身の回りにある「コピー用紙」にはある性質がある

A4サイズを半分にするとA5サイズになる
A5サイズを半分にするとA6サイズになる
他のサイズも同様

さらに、各サイズとも長い辺を横にすると「縦横比」は同じ

ここで問題


【さぁ、みんなで考えよう!】

考え中

縦の長さを1として、横の長さがわからないので「x」とする

A4サイズの紙にA5サイズができるように、ちょうど真ん中に線を引いて式を作ると、

xは、√2になる

この「1:√2」の比率は、「白銀比」という名前がついている

東京スカイツリーの高さにも、白銀比が隠れているという

コピー用紙のサイズも、AサイズBサイズとも全部、白銀比

一方、黄金比(1:1.618...)というものがある

名刺やテレビなどの形でも使われる、黄金長方形(横長の長方形)

この黄金長方形から、長方形の短い1辺を辺とする正方形を切り取ると、残った長方形も黄金長方形になる

つまり、元の長方形と相似になる

そして、同じことを繰り返すとこうなる

これに対して、正方形の角と対する角に4分の1円弧をコンパスで描いていくと、

渦巻き(黄金螺旋)ができる

これを左右に回転させると、湧き出したり、吸い込まれていくような形になる

ここで問題

【さぁ、みんなで考えよう!】

考え中

対角線を2本、BDとCEに描く

求めるのが、このBDの長さx

一番下にある三角形は、二等辺三角形になり、角ECDと角BDCは同じ角度になる

辺CDと辺DEが長さが2と同じなので、三角形CDEも二等辺三角形になり、角DCEと角DECは同じ角度になる

さらに、もう一つこの問題で大事なポイントは、正五角形の角度

三角形の3つの角度の合計は、180度
四角形の4つの角度の合計は、360度
(重ならないように対角線を描くと、三角形が2つできる)
五角形の5つの角度の合計は、540度
(重ならないように対角線を描くと、三角形が3つできる)

正五角形の一つ当たりの角度は、108度

これを踏まえると、色々な角度がわかる

三角形E【対角線が交差する点】Dも二等辺三角形となる

赤い線の部分も、x-2と表せる

注目するのは、2つの三角形


xを含む式を整理していくとこうなる

二次方程式の解の方式を使うと、xの答えが出る

解がこちら

プラスとマイナスで、2つの答えが出るが、長さでマイナスはないので、

xは、1+√5となる

「正五角形の1辺の長さ:対角線の長さ」の比率を表すと、次のような数字になる

これが黄金比

黄金長方形の縦横比は、正五角形の1辺と対角線の比になっている

ちなみに、正方形の1辺と対角線の比率は1:√2