方針
正弦定理により、角 の対辺の比を と置く。そこから余弦定理で をそれぞれ の式にする。(1)は代入後に分母をそろえて整理し、(2)では同じ式をそのまま答える。辺の置き方を明示して、どの角に対応する余弦かを取り違えないように進める。
解答
角 の対辺の長さをそれぞれ とする。正弦定理よりである。したがって、辺の比を とおける。以下、, , として計算する。
余弦定理よりである。同様にであり、である。
(1)
上の式を代入するとである。これらを加えると となる。
(2)
求める値はである。実際に三角形が存在する の範囲では、辺 が三角不等式を満たしており、上の余弦定理の式がそのまま対応する。
三角形の存在条件は辺比 の三角不等式からであり、問題で存在が仮定されているため上の式はこの範囲で用いる。
別解
解法2
方針
正弦定理を使わず、A+B+C=πの正弦加法定理からcosA, cosB, cosCの連立一次方程式を作って解く。
解答
条件から を三通りに使うと で割り、条件を代入してこの連立一次方程式を解くとこれが (2) の答えである。
(1)
上の三式を代入してなお三角形の存在から辺比 が三角不等式を満たし、である。
総評
難度6、計算量5。目安時間は20分。中心は正弦定理で「正弦の比」を「辺の比」に変えることにある。 と置いた後は余弦定理だけだが、 では の対辺を引く、という対応を1つでもずらすと全体が崩れる。答案では辺の記号を最初に置いておくと、計算の見通しと検算がしやすい。