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京都大学/2006年度

京都大学 2006年 数学 第2問解答・解説

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1問題

京都大学2006年度第2問配点 35点

点Oを原点とする座標空間の3点をA(0, 1, 2), B(2, 3, 0), P(5+t, 9+2t, 5+3t)とする。線分OPと線分ABが交点を持つような実数tが存在することを示せ。またそのとき、交点の座標を求めよ。

まずは自分で解いてみましょう。詰まったら「考え方」、解けたら「答え」で確かめられます。

2解答

解答を見る答えはこの解答の中にあります

Q(s)=A+s(B−A)=(2s,1+2s,2−2s),0≦s≦1,R(λ)=λPt=(λ(5+t),λ(9+2t),λ(5+3t)),0≦λ≦1.Q(s)=R(λ)よりλ(4+t)=1,Q(s)=R(λ)よりλ(10+4t)=2すなわちλ(5+2t)=1.λ(4+t)=1よりλ≠0より4+t=5+2tよりt=−1.λ(4−1)=1よりλ=13.2s=λ(5−1)=43よりs=23.P−1=(4,7,2),R ⁣(13)=(43,73,23)=Q ⁣(23).0≦13≦1,0≦23≦1.OP−1∩AB={(43,73,23)}.\displaystyle \begin{aligned} Q(s)&=A+s(B-A)=(2s,1+2s,2-2s),\quad 0\le s\le1,\\ R(\lambda)&=\lambda P_t=(\lambda(5+t),\lambda(9+2t),\lambda(5+3t)),\quad 0\le\lambda\le1.\\ Q(s)=R(\lambda)&\text{より} \lambda(4+t)=1,\\ Q(s)=R(\lambda)&\text{より} \lambda(10+4t)=2\text{すなわち}\lambda(5+2t)=1.\\ \lambda(4+t)=1&\text{より} \lambda\ne0\text{より} 4+t=5+2t\text{より} t=-1.\\ \lambda(4-1)=1&\text{より}\lambda=\frac13.\\ 2s=\lambda(5-1)=\frac43&\text{より} s=\frac23.\\ P_{-1}&=(4,7,2),\\ R\!\left(\frac13\right)&=\left(\frac43,\frac73,\frac23\right)=Q\!\left(\frac23\right).\\ 0&\le\frac13\le1,\quad0\le\frac23\le1.\\ OP_{-1}\cap AB&=\left\{\left(\frac43,\frac73,\frac23\right)\right\}. \end{aligned}

この問題で使う考え方

  • 位置ベクトル
  • 空間座標と空間ベクトル
  • ベクトルによる図形の考察

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