中学1年数学・平面図形

教科書レベルの基本理解から応用問題までの問題集(図形・解説付き)

問 1

下の図の2点 $\text{A}, \text{B}$ について、次の(1),(2)にあてはまる図形をそれぞれ記号を使って表しなさい。

(1)点 $\text{A}$ と点 $\text{B}$ をまっすぐに結んだ線(両端がある)

(2)点 $\text{A}$ を突き抜けて、両側に限りなく延びているまっすぐな線

A B
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【解答】

(1)線分 $\text{AB}$ (または 線分 $\text{BA}$)

(2)直線 $\text{AB}$ (または 直線 $\text{BA}$)


【解説】

・線分 $\text{AB}$:点 $\text{A}$ から点 $\text{B}$ までの限られたまっすぐな線です。

・直線 $\text{AB}$:両方向に限りなく延びているまっすぐな線です。

※なお、点 $\text{A}$ を端として $\text{B}$ の方向にだけ限りなく延びる線は「半直線 $\text{AB}$」と呼びます。

問 2

下の図の頂点 $\text{O}$ における角を、記号 $\angle$ を用いて表しなさい。

O B A
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【解答】

$\angle \text{AOB}$ (または $\angle \text{BOA}$)


【解説】

角を表すときは記号 $\angle$(かく)を使い、頂点となる文字(ここでは $\text{O}$)を真ん中に配置して $\angle \text{AOB}$ または $\angle \text{BOA}$ と表します。

問 3

次の(1),(2)の関する関係を、記号 $\parallel$ や $\perp$ を使って書きなさい。

(1)直線 $\text{AB}$ と直線 $\text{CD}$ が垂直である。

(2)直線 $\text{AB}$ と直線 $\text{CD}$ が平行である。

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【解答】

(1)$\text{AB} \perp \text{CD}$

(2)$\text{AB} \parallel \text{CD}$


【解説】

・垂直を表す記号は $\perp$ です(2直線が $90^\circ$ で交わるとき)。

・平行を表す記号は $\parallel$ です(2直線がどこまで伸ばしても交わらないとき)。

問 4

「点 $\text{P}$ と直線 $\ell$ の距離」とは、点 $\text{P}$ から直線 $\ell$ にひいたどのような線の長さのことか答えなさい。

ℓ P 垂線
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【解答】

垂線の長さ(点 $\text{P}$ から直線 $\ell$ に下ろした垂線の線分の長さ)


【解説】

点 $\text{P}$ と直線 $\ell$ 上の点をつなぐ線分の中で、長さが最も短くなるのが垂線(垂直に交わる線)です。この垂線の長さを「点と直線の距離」と定義します。

問 5

下の図は、直線 $\ell$ を対称の軸とする線対称な図形です。点 $\text{A}$ に対応する点を答えなさい。また、線分 $\text{AC}$ と対称の軸 $\ell$ はどのような位置関係にありますか。

ℓ A C B D
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【解答】

対応する点:点 $\text{C}$

位置関係:垂直に交わる($\text{AC} \perp \ell$)


【解説】

線対称な図形では、対応する2点を結ぶ線分($\text{AC}$)は、対称の軸($\ell$)によって垂直に2等分されます。

問 6

点 $\text{O}$ を中心とする点対称な図形について、点 $\text{A}$ に対応する点を $\text{A'}$ とします。このとき、線分 $\text{AA'}$ と点 $\text{O}$ について成り立つ性質を説明しなさい。

O A A'
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【解答】

点 $\text{O}$ は線分 $\text{AA'}$ の中点である(または $\text{AO} = \text{A'O}$ で、3点 $\text{A, O, A'}$ は一直線上にある)。


【解説】

点対称な図形では、対称の中心 $\text{O}$ を中心に $180^\circ$ 回転させると元の図形に重なります。そのため、対応する点をつないだ線分 $\text{AA'}$ のちょうど真ん中(中点)に点 $\text{O}$ が位置します。

問 7

円に関する言葉の組み合わせで、正しいものを次のア〜ウから選びなさい。

ア:円周上の2点を結ぶ線分を「弧」と呼び、円周の一部分を「弦」と呼ぶ。

イ:円周上の2点を結ぶ線分を「弦」と呼び、円周の一部分を「弧」と呼ぶ。

ウ:おうぎ形で2つの半径が作る角を「頂角」と呼ぶ。

弧(こ) 弦(げん)
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【解答】

イ


【解説】

・弧(こ):円周のうえの曲がった一部。

・弦(げん):円周上の2点を結ぶまっすぐな線分。

・おうぎ形の2つの半径のなす角は「中心角」と呼びます。

問 8

半径 $r = 4\text{cm}$ の円の周の長さ $\ell$ を求めなさい。ただし、円周率は $\pi$ を用いなさい。

4cm
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【解答】

$8\pi\text{ cm}$


【解説】

円の周の長さを求める公式は $\ell = 2\pi r$ です。

半径 $r = 4$ を代入すると、

$$\ell = 2 \times \pi \times 4 = 8\pi\text{ (cm)}$$

問 9

半径 $r = 5\text{cm}$ の円の面積 $S$ を求めなさい。ただし、円周率は $\pi$ を用いなさい。

5cm
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【解答】

$25\pi\text{ cm}^2$


【解説】

円の面積を求める公式は $S = \pi r^2$ です。

半径 $r = 5$ を代入すると、

$$S = \pi \times 5^2 = 25\pi\text{ (cm}^2\text{)}$$

問 10

「線分 $\text{AB}$ の両端 $\text{A}, \text{B}$ からの距離が等しい点の集合」は、どのような直線になりますか。作図の用語を使って答えなさい。

A B P
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【解答】

線分 $\text{AB}$ の垂直二等分線


【解説】

線分 $\text{AB}$ の垂直二等分線上にあるどの点 $\text{P}$ をとっても、$\text{AP} = \text{BP}$(2点 $\text{A}, \text{B}$ からの距離が等しい)となります。これは作図における非常に重要な性質です。

問 1

半径 $r = 6\text{cm}$、中心角 $60^\circ$ のおうぎ形の弧の長さ $\ell$ を求めなさい。

60° 6cm
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【解答】

$2\pi\text{ cm}$


【解説】

おうぎ形の弧の長さは、円全体の周の長さ($2\pi r$)に $\frac{\text{中心角}}{360^\circ}$ を掛けます。

$$\ell = 2\pi \times 6 \times \frac{60}{360} = 12\pi \times \frac{1}{6} = 2\pi\text{ (cm)}$$

問 2

半径 $r = 6\text{cm}$、中心角 $60^\circ$ のおうぎ形の面積 $S$ を求めなさい。

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【解答】

$6\pi\text{ cm}^2$


【解説】

おうぎ形の面積は、円全体の面積($\pi r^2$)に $\frac{\text{中心角}}{360^\circ}$ を掛けます。

$$S = \pi \times 6^2 \times \frac{60}{360} = 36\pi \times \frac{1}{6} = 6\pi\text{ (cm}^2\text{)}$$

問 3

半径 $9\text{cm}$、弧の長さが $4\pi\text{cm}$ であるおうぎ形の中心角の大きさを求めなさい。

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【解答】

$160^\circ$


【解説】

中心角を $x^\circ$ とすると、弧の長さの公式より:

$$2\pi \times 9 \times \frac{x}{360} = 4\pi$$

$$18\pi \times \frac{x}{360} = 4\pi$$

両辺を $\pi$ で割り、整理すると:

$$\frac{x}{20} = 4 \implies x = 160$$

したがって、中心角は $160^\circ$ となります。

問 4

下の図は、線分 $\text{AB}$ の垂直二等分線を作図する手順を表しています。①と②の作図で交点 $\text{C}, \text{D}$ を作るとき、円弧の半径について注意すべき条件を説明しなさい。

A B C D
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【解答】

半径を「線分 $\text{AB}$ の長さの半分($\frac{1}{2}\text{AB}$)よりも大きくする」こと。(および両中心で等しい半径を使うこと)


【解説】

半径が線分 $\text{AB}$ の半分より短いと、点 $\text{A}$ と点 $\text{B}$ から描いた円弧どうしが交わらず、交点 $\text{C}, \text{D}$ ができません。そのため、必ず「線分 $\text{AB}$ の半分より長い半径」で等しく描く必要があります。

問 5

「角の二等分線上にある点 $\text{P}$」は、その角をつくる2つの辺に対してどのような図形的性質を持っていますか。

P O
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【解答】

角の2つの辺からの距離(垂線の長さ)が等しい。


【解説】

角の二等分線は「角の2つの辺から等しい距離にある点の集合」です。点 $\text{P}$ から各辺に下ろした垂線の長さは常に等しくなります。

問 6

直線 $\ell$ 上にない点 $\text{P}$ から、直線 $\ell$ への垂線を作図するときの手順として適切なものを、次のア〜ウから選びなさい。

ア:点 $\text{P}$ を中心とする円を描き、直線 $\ell$ との2つの交点を中心として等しい半径の弧を描いて交点を作る。

イ:直線 $\ell$ 上の適当な2点から垂直二等分線を描く。

ウ:点 $\text{P}$ と直線 $\ell$ 上の任意の1点を結び、その線分の二等分線を描く。

ℓ P
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【解答】

ア


【解説】

点 $\text{P}$ を中心とした円を描いて直線 $\ell$ との交点を2つ求めると、点 $\text{P}$ はその2交点から等距離になります。その後、その2交点の「垂直二等分線」を描くことで、点 $\text{P}$ を通る垂線が得られます。

問 7

図形の移動のうち、図形を「向きを変えずに一定の方向に一定の距離だけずらす移動」を何というか答えなさい。

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【解答】

平行移動


【解説】

平面図形の基本移動には次の3種類があります:

1. 平行移動:向きを変えずに一定距離動かす移動。

2. 回転移動:1点を中心に一定の角度だけまわす移動。

3. 対称移動:直線(折り目)を軸として折り返す移動。

問 8

円 $\text{O}$ の接線 $\ell$ と、その接点 $\text{A}$ を通る半径 $\text{OA}$ のなす角は何度ですか。

O ℓ A
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【解答】

$90^\circ$ (直角)


【解説】

円の接線は、接点を通る半径に垂直($90^\circ$)になります。これは円と接線における非常に重要な基本的性質です。

問 9

一辺の長さが $10\text{cm}$ の正方形の内部に、頂点 $\text{A}$ を中心とする半径 $10\text{cm}$ のおうぎ形(中心角 $90^\circ$)を描きました。正方形の面積からこのおうぎ形の面積を引いた、色つき部分の面積を求めなさい。

A 10cm
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【解答】

$(100 - 25\pi)\text{ cm}^2$


【解説】

1. 正方形全体の面積: $10 \times 10 = 100\text{ (cm}^2\text{)}$

2. おうぎ形の面積: $\pi \times 10^2 \times \frac{90}{360} = 100\pi \times \frac{1}{4} = 25\pi\text{ (cm}^2\text{)}$

したがって、求める面積は $(100 - 25\pi)\text{ cm}^2$ です。

問 10

半径 $r = 8\text{cm}$、弧の長さ $\ell = 6\pi\text{cm}$ のおうぎ形の面積 $S$ を、公式 $S = \frac{1}{2}\ell r$ を利用して求めなさい。

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【解答】

$24\pi\text{ cm}^2$


【解説】

おうぎ形の面積は中心角を求めなくても、半径 $r$ と弧の長さ $\ell$ から三角形の底辺と高さの公式に似た形式で求めることができます:

$$S = \frac{1}{2} \ell r = \frac{1}{2} \times 6\pi \times 8 = 24\pi\text{ (cm}^2\text{)}$$