中3数学|相似比・面積比・体積比の求め方|2乗・3乗の理由と逆算【定期テスト対策】 京の算数学#1590

京の算数学問題#1590

相似な長方形Aは横4cm・縦2cm、Bは横6cm・縦3cm。Bの面積を求める。また相似比A対Bが2対3の立体で、Aの体積40立方cmからBの体積を求める。

(1)相似な長方形Aは横4cm・縦2cm、Bは横6cm・縦3cmです。Bの面積を求めなさい。

(2)相似な立体A・Bの相似比がA:B=2:3で、Aの体積が40cm³です。Bの体積を求めなさい。

解答は記事の下部にあります。

算数学コラム

相似比がa:bなら、面積比はa²:b²、体積比はa³:b³です。

たとえば相似比2:3なら、面積比は4:9、体積比は8:27。

周の長さは長さなので2:3のまま、立体の表面積は面積なので4:9になります。

いずれも、図形や立体が相似であることが前提です。

公式を覚えていても、問題文の「面積」を見落として2:3のまま計算したり、大きい方を求めるのに2/3を掛けたりすると答えが変わります。

定期テスト前は、計算を急ぐ前に「何の比?」「AとBの順序は?」を声に出して確認しましょう。

相似比とは?対応する辺の長さの比

相似な図形は、対応する角がそれぞれ等しく、対応する辺の長さの比がすべて等しい図形です。

その対応する辺の長さの比が相似比です。

長方形A・Bでは、横の辺が4:6=2:3、縦の辺も2:3なので、相似比はA:B=2:3です。

辺を選ぶときは、横どうし・縦どうしのように対応をそろえます。

Aの横4cmとBの縦3cmを比べた4:3は、この対応での相似比ではありません。

図の見た目だけでなく、問題文の対応関係も確認してください。

面積比が2乗になる理由|縦と横に倍率がかかる

長方形AからBへ、辺の長さをそれぞれ3/2倍にすると、縦も横も3/2倍です。

面積は「縦×横」なので、面積の倍率は(3/2)×(3/2)=9/4倍になります。

長さの倍率を1回だけ掛けるのではなく、2方向に掛けているのです。

1辺2の正方形Aは単位正方形4マス、1辺3の正方形Bは9マス。相似比2対3に対し面積比は4対9になる。

正方形なら、1辺2の面積は4、1辺3の面積は9です。

この図で2:3と4:9の違いを確かめましょう。

三角形でも底辺と高さが同じ倍率になり、面積の公式の1/2は両方に共通なので、面積比は相似比の2乗になります。

体積比は3乗、表面積の比は2乗

直方体を同じ形のまま拡大すると、縦・横・高さの3方向に倍率がかかります。

辺が3/2倍なら、体積は(3/2)³=27/8倍です。

相似比2:3から、体積比8:27が得られます。

一方、表面積は立体の外側の「面の広さ」を合計したものです。

相似な立体では、それぞれ対応する面の面積が同じ倍率で変わるため、表面積の比も2乗です。

「立体の問題だから全部3乗」としないようにしましょう。

相似比2対3なら、長さや周の長さは2対3、面積や表面積は4対9、体積は8対27。相似であることが前提。

例題①|相似比から実際の面積を求める

問題(1)で、Aの面積は4×2=8cm²です。相似比A:B=2:3より、面積比A:B=4:9。

したがってBの面積=8×9/4=18cm²です。

「AからBへ」と矢印を書いて、4から9への倍率9/4を掛けます。

Bは大きい図形なので、面積がAより大きくなっていることも確認します。

この問題ではBの縦と横も分かるので、6×3=18cm²と直接計算して検算できます。

例題②|体積は相似比を3乗してから使う

問題(2)は体積を求めるため、相似比2:3を体積比8:27に直します。

Aの40cm³が比の8に対応するので、Bの体積=40×27/8=135cm³です。

40×3/2=60とする誤答は、長さの倍率を体積に使ったものです。

また、40×9/4=90では面積比を使っています。

計算の前に「体積比 A:B=8:27」と1行書けば、公式の選び間違いを見つけやすくなります。

逆算|面積比・体積比から相似比に戻す

相似な図形の面積比が9:16なら、9=3²、16=4²なので、相似比は3:4です。

長さは正なので、−3:4のような答えにはしません。

面積比が18:32のときも、まず9:16に簡単にすると見通しがよくなります。

相似な立体の体積比が27:64なら、27=3³、64=4³なので、相似比は3:4です。

面積比からは2乗を、体積比からは3乗を戻します。

27と64を単純に3で割る方法ではありません。

小さい方を求めるときは、倍率の向きに注意

相似な図形A:Bの面積比が4:9で、Bの面積が45cm²なら、Aの面積は45×4/9=20cm²です。

今度はBからAへ戻るので、掛けるのは9/4ではなく4/9です。

学習指導で確認したいのは、公式を言えるかだけでなく、既知の量が比のどちらに対応するかを説明できるかです。

ノートには「A:B=4:9」「面積はAが?、Bが45」と上下にそろえて書いてみましょう。

答えを見直すときは、大きい図形なのに面積が小さくなっていないかも確認します。

定期テスト前の確認|相似の条件と単位

この公式は、相似な図形・立体に使います。

1辺だけが2:3の長方形でも、もう一方の辺の比が違えば相似とは限らず、面積比を4:9と決めることはできません。

立体も1方向だけ伸ばした場合は相似ではありません。

比そのものは同じ種類の量どうしを比べた数なので、4:9にcm²などは付けません。

実際の長さにはcm、面積・表面積にはcm²、体積にはcm³を付けます。

「体積を求めなさい」に8:27だけで答えず、与えられた体積から実際の値まで求めてください。

一問一答PDF|基本と逆算を8問で復習

公式の使い分け、表面積、相似比への逆算、実際の面積・体積、小さい方への計算を8問にまとめました。

1ページ目が問題、2ページ目が解答です。

解く前に各問へ「長さ」「面積」「体積」のいずれかを書き添えると、つまずいた箇所を振り返りやすくなります。

中3数学|相似比・面積比・体積比 一問一答8問(PDF)をダウンロード
※A4・全2ページ(問題/解答・確認ポイント)。

よくある質問

相似比2:3のとき、面積比と体積比はいくつですか?

面積比は2²:3²=4:9、体積比は2³:3³=8:27です。相似であることと、比の対応順が同じことを確認します。

表面積の比は2乗ですか、3乗ですか?

2乗です。相似な立体でも、表面積は面積なので相似比の2乗、体積は3乗です。

面積比9:16から相似比を求めるには?

相似な図形なら、9=3²、16=4²から相似比は3:4です。比を簡単にしてから考えると分かりやすくなります。

1組の辺の長さの比だけで面積比を決められますか?

相似であることが分からなければ決められません。問題文で相似が与えられているか、相似の条件が成り立つかを確認します。

まとめ|何の比かを決めて、対応する順序で計算する

相似比は長さの比、面積比はその2乗、体積比は3乗です。

求めたい量を確認し、A:Bの順序をそろえて倍率を掛けます。

逆算は2乗・3乗を戻し、最後に大きさの向きと単位を確かめましょう。

京の算数学 解答#1590

長方形Aの面積8平方cm、面積比4対9よりBは18平方cm。相似な立体の体積比8対27よりBは40かける27割る8で135立方cm。

(1)相似比2:3より面積比は4:9。Aは8cm²なので、Bは8×9/4=18cm²です。

(2)体積比は8:27なので、Bは40×27/8=135cm³です。

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