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測量

IGCSE 数学 · トピック 5

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7:47

測量

The Great Pyramid of Giza has stood for four and a half thousand years. How much stone is inside it? About two and a half million cubic metres — and one…

英語ナレーション・英語+中文字幕 burning-in

このプリントはトピック5「測定学(長さ、面積、体積の測定)」を扱っている。ここでのコア内容と発展内容はほぼ同じである。試験では公式リストにいくつかの公式が与えられるが、全てを暗記すべきである。

5.1

単位系

シラバス
科目内容 注記と例
実用的な場面で質量、長さ、面積、体積、容量のメートル法単位を使用し、量をより大きな単位またはより小さな単位に変換する。 単位には以下が含まれる: • mm, cm, m, km • $\text{mm}^2$, $\text{cm}^2$, $\text{m}^2$, $\text{km}^2$ • $\text{mm}^3$, $\text{cm}^3$, $\text{m}^3$ • ml, l • g, kg。 単位間の変換には以下が含まれる: • 異なる面積単位間の変換(例: $\text{cm}^2 \leftrightarrow \text{m}^2$) • 体積と容量の単位間の変換(例: $\text{m}^3 \leftrightarrow \text{litres}$)。

出典: Cambridge International シラバス

質量(g, kg)、長さ(mm, cm, m, km)、面積、体積、容量(ml, リットル — 容器の内側の空間)にはメートル法の単位を使う。

はしごの図:kmからm(×1000)、mからcm(×100)、cmからmm(×10)
長さの単位変換:下向きは掛け算、上向きは割り算

単位変換を行う際は、平方と立方に注意すること:

  • 長さ:$1\text{ m} = 100\text{ cm}$。
  • 面積:$1\text{ m}^{2} = 100^{2} = 10\,000\text{ cm}^{2}$。
  • 体積:$1\text{ m}^{3} = 100^{3} = 1\,000\,000\text{ cm}^{3}$ 。
  • 容量:$1\text{ litre} = 1000\text{ cm}^{3}$、したがって$1\text{ m}^{3} = 1000$リットル。

** worked example(例題).** $3\text{ m}^{2}$を$\text{cm}^{2}$に変換します。

$$3 \times 10\,000 = 30\,000\text{ cm}^{2}.$$
探索

単位の選択ラボ ⟦number⟧

測定スケールに合う単位を選べ。

5.2

基本的な図形の周長と面積

シラバス
科目内容 注記と例
長方形、三角形、平行四辺形、台形の周囲の長さと面積に関わる計算を行う。 三角形の面積を除き、公式は与えられない。
科目内容 注記と例
長方形、三角形、平行四辺形、台形の周長と面積に関する計算を行う。 三角形の面積を除き、公式は与えられない。

出典: Cambridge International シラバス

周長とは、図形の外周の全距離です。面積とは、その内部にある平面的な空間の広さです。ここで$b$は底辺、$h$は垂直な高さです。

形状 面積
四角形 $\text{length} \times \text{width}$
三角形 $\tfrac{1}{2} \times b \times h$
平行四辺形 $b \times h$
台形 $\tfrac{1}{2}(a + b)h$、ここで$a$と$b$は2つの平行な辺です
底辺、高さ、平行な辺が示され、それぞれに面積の公式が記された四角形、三角形、平行四辺形、台形
基本図形の面積;$b$は底辺、$h$は垂直な高さ、$a$と$b$は台形の2つの平行な辺です。

** worked example(例題).** 台形には平行な辺が$6\text{ cm}$と$10\text{ cm}$、高さが$4\text{ cm}$あります。面積を求めます。

$$\tfrac{1}{2}(6 + 10) \times 4 = \tfrac{1}{2} \times 16 \times 4 = 32\text{ cm}^{2}.$$
探索

面積スケール実験

面積 = 辺^2

辺の長さを変化させ、なぜ面積が二次関数的に増加するかを確認します。

English 日本語
metric/ˈmetrɪk/ メートル法
mass/mæs/ 質量
length/leŋθ/ 長さ
area/ˈeərɪə/ 面積
5.3

円

シラバス
科目内容 注記と例
1 円の円周と面積に関わる計算を行う。 答えは $\pi$ で表すように求められることがある。
2 扇形の角度が $360^\circ$ の約数である場合、円の円周および面積に対する分数としての弧の長さと扇形の面積に関わる計算を行う。 公式は公式リストに記載されている。
科目内容 注記と例
1 円の円周と面積に関する計算を行う。 答えを$\pi$で表すことが求められる場合がある。公式は「公式一覧」に記載されている。
2 弧の長さや扇形の面積が円の円周や面積の几分の何であるかに関する計算を行う。 小扇形と大扇形を含む。

出典: Cambridge International シラバス

半径が$r$(直径が$d = 2r$)の円について:

半径rの円;円周 = πd、面積 = πr²
円: 円周 = pi d および 面積 = pi r squared
$$\text{circumference} = 2\pi r = \pi d, \qquad \text{area} = \pi r^{2}.$$

円周とは、円を一周する距離です。

** worked example(例題).** 円の半径が$7\text{ cm}$です。円周と面積を求めます(答えに$\pi$を含めてください)。

$$\text{circumference} = 2\pi \times 7 = 14\pi\text{ cm}, \qquad \text{area} = \pi \times 7^{2} = 49\pi\text{ cm}^{2}.$$
English 日本語
circle/ˈsɜːkl/ 円
radius/ˈreɪdɪəs/ 半径
diameter/daɪˈæmɪtə/ 直径
circumference/sɜːˈkʌmfrəns/ 円周
5.3

弧と扇形

シラバス
科目内容 注記と例
1 円の円周と面積に関わる計算を行う。 答えは $\pi$ で表すように求められることがある。
2 扇形の角度が $360^\circ$ の約数である場合、円の円周および面積に対する分数としての弧の長さと扇形の面積に関わる計算を行う。 公式は公式リストに記載されている。
科目内容 注記と例
1 円の円周と面積に関する計算を行う。 答えを$\pi$で表すことが求められる場合がある。公式は「公式一覧」に記載されている。
2 弧の長さや扇形の面積が円の円周や面積の几分の何であるかに関する計算を行う。 小扇形と大扇形を含む。

出典: Cambridge International シラバス

弧は円周の一部です。扇形は2本の半径で挟まれた「ピザのスライス」のような形です。扇形の中心角が$\theta$の場合、弧と扇形は全体円に対するその分数$\dfrac{\theta}{360}$となります:

$$\text{arc length} = \frac{\theta}{360} \times 2\pi r, \qquad \text{sector area} = \frac{\theta}{360} \times \pi r^{2}.$$
中心角theta、半径rを持ち、湾曲した辺に沿って弧を持つ影付きの扇形の円
扇形は全体円の分数$\tfrac{\theta}{360}$であるため、その弧と面積は円周と面積の同じ分数となります。

小さなスライスを小扇形、残りの大きな部分を大扇形と呼びます。

** worked example(例題).** 角度が$90^{\circ}$、半径が$8\text{ cm}$の扇形の弧の長さと面積を求めます。

分数は$\dfrac{90}{360} = \dfrac{1}{4}$なので、

$$\text{arc} = \tfrac{1}{4} \times 2\pi \times 8 = 4\pi\text{ cm}, \qquad \text{area} = \tfrac{1}{4} \times \pi \times 8^{2} = 16\pi\text{ cm}^{2}.$$
探索

弧と扇形

s = rθ · A = ½r²θ

大きい角度や半径ほど、長い弧および大きい扇形の面積になります。

探索

弧の長さと扇形の面積

角度と半径を変化させると、円全体の何分の一かである 弧の長さ と 扇形の面積 が読み取れます。

English 日本語
arc/ɑːk/ 弧
sector/ˈsektə/ セクター
minor sector/ˈmaɪnə ˈsektə/ 小扇形
major sector/ˈmeɪdʒə ˈsektə/ 大扇形
arc length/ɑːk leŋθ/ 弧の長さを持つ
5.4

立体の表面積と体積

シラバス
科目内容 注記と例
長方形柱、棱柱、円柱、球体、四角錐、円錐の表面積および体積に関する計算を行い、問題を解く。 答えは $\pi$ の形で求められることがある。以下の公式は「公式一覧」に記載されている。 • 円柱の側面積 • 円錐の側面積 • 球体の表面積 • 棱柱の体積 • 四角錐の体積 • 円柱の体積 • 円錐の体積 • 球体の体積。「棱柱」とは、断面が一定な立体(例:円柱の扇形)を指す。

出典: Cambridge International シラバス

ギザのピラミッド
ギザのピラミッドは正方形底面を持つピラミッドであり、3次元の立体です。

表面積とは、すべての外側の面の合計面積です。体積とは内部の空間です。これらの立体について($r$ = 半径、$h$ = 高さ):

立体 体積 表面積
直方体 $\text{length} \times \text{width} \times \text{height}$ 6つの面を加算
柱 (断面面積)$\times$ × 長さ —
円柱 $\pi r^{2} h$ $2\pi r h$(曲面の面積)× $+\, 2\pi r^{2}$
ピラミッド $\tfrac{1}{3} \times \text{base area} \times h$ —
円錐 $\tfrac{1}{3}\pi r^{2} h$ $\pi r l$(曲面)× $+\, \pi r^{2}$、ここで$l$は斜辺の高さです
球 $\tfrac{4}{3}\pi r^{3}$ $4\pi r^{2}$

半径、高さ、長さ、斜辺の高さの寸法がラベル付けされた3Dで描かれた直方体、円柱、円錐、球 体積と表面積の公式で用いられる一般的な立体とその寸法($r$ 、$h$ 、$\ell$ 、斜辺 $l$ )。

** worked example(例題).** 半径が$5\text{ cm}$、高さが$10\text{ cm}$の円柱があります。体積と全面積($\pi$を用いて表す)を求めます。

$$\text{volume} = \pi \times 5^{2} \times 10 = 250\pi\text{ cm}^{3}.$$
$$\text{surface area} = 2\pi(5)(10) + 2\pi(5)^{2} = 100\pi + 50\pi = 150\pi\text{ cm}^{2}.$$
探索

体積スケール実験

表面積はスケール^2 に比例して増加する

長さのスケールを変化させ、体積が表面積よりも速く増加することを確認します。

English 日本語
volume/ˈvɒljuːm/ 体積
capacity/kəˈpæsɪti/ capacity(収容力)
perimeter/pəˈrɪmɪtə/ 周囲長
base/beɪs/ 底
height/haɪt/ 身長
rectangle/ˈrektæŋɡl/ 長方形
triangle/ˈtraɪæŋɡl/ 三角形
parallelogram/ˌpærəˈleləɡræm/ 平行四辺形
trapezium/trəˈpiːzɪəm/ 台形
surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ 表面積
cuboid/ˈkjuːbɔɪd/ 直方体
prism/ˈprɪzəm/ 柱
cross-section/krɒs ˈsekʃn/ 断面
cylinder/ˈsɪlɪndə/ 円柱
curved surface area/kɜːvd ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ 曲面積
pyramid/ˈpɪrəmɪd/ ピラミッド
cone/kəʊn/ 円錐
slant height/slænt haɪt/ 斜高
sphere/sfɪə/ 球体
5.5

複合図形と図形の一部

シラバス
科目内容 注記と例
1 複合形状および形状の一部の周長と面積に関する計算を行い、問題を解く。 答えを $\pi$ を用いて求めることが求められる場合がある。
2 複合立体および立体の一部の表面積と体積に関する計算を行い、問題を解く。 例:半球の体積を求める。
科目内容 注記と例
1 複合形状および形状の一部の周長と面積に関する計算を行い、問題を解く。 答えを $\pi$ を用いて求めることが求められる場合がある。
2 複合体および立体の一部の表面積と体積に関する計算と問題解決を行う。 例:截頭円錐(ファスチュム)の表面積と体積を求める。

出典: Cambridge International シラバス

積み重ねられたコンテナ
積み重ねられたコンテナは直方体であり、体積は長さ×幅×高さです。

複合図形とは、単純な図形をつないだり切り取ったりして作られます。ご存知の部分に分割してから加算または減算します。

円や立体の「一部」については、適切な分数を取り入れます。例えば、半球(球の半分)の体積は

$$\tfrac{1}{2} \times \tfrac{4}{3}\pi r^{3} = \tfrac{2}{3}\pi r^{3}.$$

円台とは、頂点が切り取られた円錐やピラミッドであり、全体の円錐から小さい頂上の円錐を引くことで体積を求めます。

** worked example(例題).** 長方形$8\text{ cm} \times 5\text{ cm}$の片端に直径$5\text{ cm}$の半円が付いた図形の面積を求めます。

幅8×高さ5の長方形の右端に直径5の半円が付いた図
複合図形をご存知の部分に分割します——ここでは長方形+半円——そして面積を加算します。

半円の半径は$2.5\text{ cm}$です:

$$\text{area} = 8 \times 5 + \tfrac{1}{2}\pi (2.5)^{2} = 40 + 3.125\pi \approx 49.8\text{ cm}^{2}.$$
探索

複合図形の解法ルート

複合図形を単純な部分に分解し、その後再構成します。

English 日本語
compound shape/ˈkɒmpaʊnd ʃeɪp/ 複合形状
hemisphere/ˈhemɪsfɪə/ 半球体
frustum/ˈfrʌstəm/ 台形(円錐台)
5.5

試験対策

  • 公式と図形を一致させます:円の面積は$\pi r^2$、円周は$\pi d$(または$2\pi r$)——混同しないでください。
  • 単位を一貫性を持たせ、面積単位は二乗で体積単位は三乗であることを忘れない(例: $1\text{ m}^2 = 10\,000\text{ cm}^2$ )。
  • 弧や扇形については、全体円周または面積の分数$\frac{\theta}{360}$を取ります。
  • 表面積はすべての面の合計です——迷ったら展開図を描いてください。問題が許容する場合のみ、答えに$\pi$のみを含む形式で答えてください。

このトピックのインタラクティブ授業

一歩ずつ進め、即時チェック付きの問題で学習します。

過去問

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