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No.2
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(1)3点 A(1,2,3)、B(3、-1,2)、C(2、-3、-1)の作る三角形ABCの二辺を、ABとACとする。
ベクトルABを↗ABと書く。↗AB=B(3、-1,2)-A(1,2,3)=(2,-3,-1)
↗AC=C(2、-3、-1)-A(1,2,3)=(1,-5,-4)
↗T=↗AB×↗ACを、↗ABと↗ACの外積という。↗Tを計算すると
↗T =↗AB×↗AC=(7,7,-7) |↗T|=√(7²+7²+ (-7)²)=7√3
ベクトルの公式によると、三角形ABCの面積は|↗T|/2=(7√3)/2となる。
↗Tは三角形ABCを含む平面αに垂直である。この↗Tを三角形ABCの面積ベクトルという。
(2) ベクトル↗n =(1,u,v)が平面aに垂直とは、↗nと↗Tは平行だから、↗Tの各成分を7で割って
↗n =(1,u,v)=↗T/7=(1,1,-1)となる。u=1,v=-1である。
(3)点Pがxy平面上の単位円の周上を動くとき、点Pから平面αに下した垂線の長さの最大値を求めよ。
まず原点Oから平面に下した垂線の足の点Hを求める。
↗nの方向の単位ベクトル↗n /√3と、↗A= A(1,2,3)の内積はOHの長さになるので
↗n/√3・A(1,2,3)= (1,1,-1)/√3・(1,2,3)=0。面αは原点を通る。
点Pの座標を(x,y,0)= (cosθ,sinθ,0)とする。
↗n方向の単位ベクトル↗n /√3と、↗P= (cosθ,sinθ,0)の内積は↗Pの↗n方向成分になる。
↗n/√3・↗P= (1,1,-1)/√3・(cosθ,sinθ,0)= (cosθ+sinθ)/√3=√(2/3)sin(θ+π/4)。
これが点Pから平面αに下した垂線の長さになる。
最大値は、θ=π/4または5π/4のときで、距離は√(2/3)となる。
最小値は、θ=3π/4または7π/4のときで、距離は0となる。Pは平面αの上にある。
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