チェバとメネラウスは式の形がそっくりです。どちらも「比を3つかけて1」。だからどっちを使うのか分からなくなる。
見分け方は1つだけです。3本の線が1点で交わっていればチェバ、1本の直線が横切っていればメネラウス。図を見れば決まります。
結論:形は同じ、使う場面が違う
| チェバ | メネラウス | |
|---|---|---|
| 図の特徴 | 3本が1点で交わる | 1本の直線が横切る |
| 分点の位置 | 3辺の上(内部) | 1つは辺の延長上 |
| 式 | (同じ形) | |
式が同じなので、覚えるのは1つで済みます。あとは「どの三角形とどの直線で使うか」を決めるだけ。
覚え方:一周して戻る
頂点と分点を交互にたどって、一周すると書けます。
A → R → B → P → C → Q → A
この順に読んで、2つずつ分数にするだけ。
前の分母と次の分子が同じ文字で始まる——しりとりになっています。RB→BP、PC→CQ、QA→(先頭の)AR。
どこから出発してもかまいません。一周して戻れば必ず1になります。
なぜチェバが成り立つのか
面積比で説明できます。△ABCの内部に点O、直線AO、BO、COが対辺と交わる点をP、Q、Rとします。
1つ目の比を面積で表す
△ABPと△APCは底辺がBPとPC、高さが共通(頂点Aからの高さ)なので
△OBPと△OPCも同じ理由で
比が等しい2組は、差をとっても同じ比になります。
3つかけると消える
同じように
、
3つかけるとすべて約分されて1。
これがチェバの定理の正体です。3つの三角形の面積が、順番に打ち消し合っています。
チェバを使う:3本が1点で交わるとき
△ABCの内部の1点で3本の線が交わっている。、 のとき を求めよ。
です。
【検算】座標で確かめます。、、 とすると
- (BC上、)
- (CA上、)
- (AB上、)
直線APは 、直線BQは 。交点は
直線CRは 。この点を代入すると
3本とも を通りました ○ 確かに1点で交わっています。
メネラウスを使う:直線が横切るとき
△ABCで、Dは辺BC上に 、Eは辺AB上に にとる。直線CEと直線ADの交点をFとするとき を求めよ。
どの三角形とどの直線で使うかを決めます。
三角形は △ABD、横切る直線は C・F・E を通る直線
一周してたどると A → E → B → C → D → F → A。
なので 。したがって
。FはADの中点です。
【検算】座標で確かめます。、、 とすると
- ()
- ()
直線ADは 、直線CEは 。代入して
。A とD の中点は
一致 ○ 確かに中点でした。
重心の2:1もこれで出る
中線を2本引くと、交点(重心)は頂点から に内分します。メネラウスで確かめられます。
△ABDで(Dは BC の中点)、直線 C・G・E(Eは AB の中点)を横切らせると
○
【検算】チェバでも確かめます。3本とも中線なら比はすべて なので
成り立っています ○ だから3本の中線は1点で交わります(チェバの逆)。
学校の授業では、なぜここが飛ばされやすいのか
1. 入試での使用頻度に対して、扱いの分量が小さいから
チェバ・メネラウスは数Aの図形の性質の一部で、他の項目(円の性質・作図・空間図形など)と並ぶ1項目として置かれます。
ところが入試では比を求める問題で繰り返し使われる。配当時間と出題頻度の差が大きいため、演習量が不足しやすい位置にあります。
2. 「どちらを使うか」の判断が、図の読み取りだけで決まるから
式が同じなので、迷うのは公式ではなく状況判断です。しかしこれは計算手順として書き下せない種類の知識。
教科書は定理と証明と例題という構成になるため、「図がこう見えたらこちら」という判断の練習は独立した項目になりにくい。自分で図を分類する作業が必要になります。
3. メネラウスは「どの三角形で使うか」を自分で決める必要があるから
チェバは三角形が最初から決まっています。ところがメネラウスは、問題に出てくる三角形のどれを使うかを自分で選ぶ。
先ほどの例でも△ABCではなく△ABDを使いました。この選び方の指針——「求めたい比を含む辺をもつ三角形を選ぶ」——は、例題の中に埋もれやすく、明示されないことが多い部分です。
【検算】3つの方法
1. 積が1になるか確かめる
求めた比を式に戻して、3つかけて1になるか見ます。
【検算】チェバの例: ○
2. 座標を置いて交点を計算する
頂点を 、、 に置けば、すべて計算で出せます。時間はかかりますが確実です。
【検算】メネラウスの例:Fが でADの中点 ○
3. 比が正しい範囲にあるか
内分点なら、比の値は正です。負や0が出たら式の立て方が違います。
また分点が辺のどのあたりに来るかを図で確認します。 ならRはBに近い側——図と合うか見てください。
よくあるミス
ミス1:たどる向きが途中で変わる
一周を崩さない。しりとりになっているかで確認できます。
ミス2:メネラウスで三角形を選び間違える
求めたい比を含む辺をもつ三角形を選びます。
ミス3: と を混同する
メネラウスでは辺の延長まで含む比が出てきます。 なら 。
ミス4:チェバなのにメネラウスを使う
3本が1点で交わっていればチェバ。図を先に見ます。
ミス5:分子と分母を逆にする
たどった順に前が分子、後ろが分母です。
練習問題
- △ABCで3本が1点で交わり、、 のとき を求めなさい。
- 1の答えを式に戻して、積が1になることを確かめなさい。
- △ABCで 、。直線CEと直線ADの交点をFとするとき を求めなさい。
- 3本の中線について、チェバの式が成り立つことを確かめなさい。
- 重心が中線を に分けることをメネラウスで示しなさい。
- △ABCで3本が1点で交わり、、 のとき を求めなさい。
解答
- より 。
- 1 ○
- △ABDと直線CEで 。
- すべて なので 1 ○(チェバの逆より1点で交わる)
- より 。
- より 。。検算: ○
まとめ
- 3本が1点で交わる→チェバ、1本が横切る→メネラウス
- 式はどちらも同じ形。一周してたどれば作れる
- 覚え方はしりとり:AR→RB→BP→PC→CQ→QA→AR
- チェバの根拠は面積比が順に打ち消し合うこと
- メネラウスは使う三角形を自分で選ぶ(求めたい比を含む辺をもつもの)
- 重心の もこれで出る
- 検算は積が1/座標で交点を計算/比が図と合うか
チェバ・メネラウスは比を求める作業を機械化する道具です。相似を何回も使えば同じ答えは出ますが、時間がかかる。「一周して1」という形を1つ覚えて、図の見分けだけを練習する——これが最も費用対効果の高い投資になります。
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