Mathematics
高中
已解決

(2)がわかりません。
問題文にある標高から地球の半径を求めるの時点で頭に?が浮かんでいて、(1)は教えていただき納得したのですが、(2)の問題文の水平線上のある点Dにおける俯角θが図のどこかが解説を見ても納得ができず、何もかもわからなくて困ってます…投げやりになってしまい本当に申し訳ないのですが、どなたかすみませんがよろしくお願いします🙇‍♀️

〔2〕 太郎さんと花子さんは, ある山Aの山頂Bの標高を測ることで、地球の半径を 求めることにした。 以下では次のことを仮定して計算するものとする。 (7) ある地点の標高とは、平均海面を基準とした高さのことを指すものとする。 問(4) 仰角、俯角の測定の際は、太郎さんと花子さんの身長は考えないこととする。 (ウ) 平均海面を地表面とするとき,地球は完全な球体と考える。 ただし,山頂 B の標高の測定において,地表面は球面ではなく平面として考え るものとする。 すなわち, 水平面を考えることができ, 標高が異なる2地点P, Q の水平距離とは P, Qから水平面上に下ろした垂線 PH QM に対して,2H, Mの距離を表す。 また, tan 20°= 0.3640 とする。 (2) 太郎さんは山頂 Bに登頂し,そこから水平線上のある点Dまでの俯角を 測ることで,花子さんの測定結果と合わせて、地球の半径を計算できると考え た。なお, 水平線は水面と空との境界をなす線とする。 地球の中心を0とすると、 ∠BOD = とせる ケ の解答群 90°-0 ① 45°-0 A ③ 45° + 0 ④ 90° +0 (1) 山Aの山頂 B と, 標高 1mの地点Cは水平距離で3500m離れている。 花子 さんが,地点Cで山頂 Bを見上げて仰角を測ったところ, 仰角は 20° であった。 山頂Bの標高は X 地球の半径を0と (1)の山頂B の標高 hm を用いて表すと, 地球の半径は _mである。 あとは、俯角を正しく計測することで, 地球の半径の値 を計算できる。 h=オカキク (m) である。 (数学Ⅰ 第1問は次ページに続く。) コ の解答群 O h sine 1-sin h+sine ① 1-sine h cose ③ h+cose 1-cos ② ④ 1- -cos h tan 1-tan 0 h+tan 0 1-tane (数学1第1問は次ページに続く。)
=1275 となる。 すなわち, 山頂 B の標高んは h = 1275 (m) である。 (2) 地球の中心をOとし, 3点O, B, D を含む平面をα 平面 α による地球の 切り口の円をCとする。 点Dは山頂Bからみた水平線上にあるから 直線BDは点Dで円Cに接する すなわち ∠ODB = 90° が成り立つ。 B E 8 D また、地球の半径をrm とし, 図のように点Eをとると,条件より ∠EBD = 0 であるから, ∠EBO = 90° と合わせて ∠OBD = ∠EBO - ∠EBD=90° -0 よって <BOD = 0 と表せる。 ¥800 1209 「山頂Bから水平線上の点D 「までの俯角」 とは ∠EBD の ことである。 200 A ② さらに OB =r+h, OD = r A であるから, OBD に注目すると,rを0とんで表せる。 これより俯角 を測ることで,んの測定結果と合わせて, r を計算できる。 39AX 200 △OBD において OD COS ∠BOD = OB 鋭角の三角比の定義。 r= (r+h) cose が成り立つから r = と表せる。 h cos 0 1- cos 0 09AS ② HA 1978

解答

✨ 最佳解答 ✨

問題文の書き方が分かりにくいので、混乱しても仕方ないと思いました。ただ、三角測量で地球の半径を測るのは、割と鉄板のテーマだと思うので知っておいて損はないと思います。

まず、地表面を平面と捉えるか球面と捉えるかのお話ですが、問題文に「山頂Bの測定においては平面と考える」と書いてあります。山頂Bの標高測定は(1)で済んでいるので、裏を返せば(2)は地球を球と考えろということです。

1枚目にイメージ図を載せました。山頂の子にとって、上も見上げることも、下を見下ろすこともなく、まっすぐ見た目線というのは、山の麓の接線と平行な線になります。ちなみに見上げたときの角度が仰角(仰いだときの角度)、見下ろしたときの角度が俯角(俯いたときの角度)です。

1枚目を単純化(山を省略、山頂の子の身長は無視)したのが2枚目の上の図です。では、この山頂の子はどの範囲を見ることができるのか、という話になります。まっすぐ見たときの目線(黒点線)より上側は全部見れるので、仰角は0度から90度まで見れます。問題は見下ろす方で、見下ろすときに見える部分は赤で塗った部分とオレンジに塗った部分のみです。

赤線は、点Bから地球に引いた接線ですが、この線より上側の赤い領域は、視力∞ならどこまでも遠くを見ることができます。しかし、2枚目右図のオレンジ線のように、そこより下側を見ようとすると、地球に遮られることになります。例えば、オレンジ線上にあるタワーはどう頑張っても山頂から見えません。

この図中の赤線を我々は「水平線」と呼んでいるので、見下ろすことのできる限界俯角とはまっすぐ見たときの角度目線(黒点線)と赤線のなす角になります。それさえ分かれば、もうあとはただの初等幾何で、3枚目のようになります。

ゆる

返信が遅くなってしまいすみません🙇‍♀️
解説ありがとうございました🙇‍♀️すごくわかりやすい説明とたくさんの図本当にありがとうございました!!色別、場合別で書かれてあって理解しやすかったです!!解説文を読んでも端的にしか書かれてなくて全く何を求めるのかなどさっぱりだったのですが、ブドウくんさんの説明でとても納得できました✨また、初めて水平線の意味?を知りました!!覚えときます!!
本当にすごく丁寧に教えてくださりありがとうございました🙇‍♀️学校ではこの問題を解いて自己採点して終わりっている感じで解説とかが全くなくて困ってたので本当に感謝しかないです🙇‍♀️ありがとうございました😊

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