第4問
原点Oを中心とする半径1の円周上に点 A、B、Cがある。線分ABを4:5に内分する
点をDとするとき、点D、O、Cはこの順に1直線上にあり、OD=$\small\sf{\begin{align*}\sf\frac{1}{3}\end{align*}}$ を満たしている。
$\small\sf{\overrightarrow{\sf a}=\overrightarrow{\sf OA}\ ,\ \overrightarrow{\sf b}=\overrightarrow{\sf OB}}$ とおくとき、次の問いに答えよ。
(1) $\small\sf{\overrightarrow{\sf OC}}$ を$\small\sf{\overrightarrow{\sf OD}}$ で表せ。
(2) $\small\sf{\overrightarrow{\sf OD}\ ,\ \overrightarrow{\sf OC}}$ を$\small\sf{\overrightarrow{\sf a}\ ,\ \overrightarrow{\sf b}}$ を用いて表せ.
(3) 内積$\small\sf{\overrightarrow{\sf a}\cdot\overrightarrow{\sf b}}$ を求めよ。また、線分ABの長さを求めよ。
(4) ∠BOCと∠BACを求めよ。また、三角形ABCの面積を求めよ。
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【解答】
(1)
点D、O、Cはこの順に1直線上にあり、OC=3ODなので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf OC}=\underline{-3\overrightarrow{\sf OD}}\end{align*}}$
(2)
Dは線分ABを4:5に内分する点なので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf OD}=\underline{\frac{5\overrightarrow{\sf a}+4\overrightarrow{\sf b}}{9}}\end{align*}}$
(1)より
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf OC}=-3\overrightarrow{\sf D}=\underline{-\frac{5\overrightarrow{\sf a}+4\overrightarrow{\sf b}}{3}}\end{align*}}$
(3)
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf OD=\frac{1}{3}\end{align*}}$ より
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf |\overrightarrow{\sf OD}|^2=\left|\frac{5\overrightarrow{\sf a}+4\overrightarrow{\sf b}}{9}\right|^2=\left(\frac{1}{3}\right)^2\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \ \ \Leftrightarrow\ \ \frac{1}{81}\left(25|\overrightarrow{\sf a}|^2+40\overrightarrow{\sf a}\cdot\overrightarrow{\sf b}+16|\overrightarrow{\sf b}|^2\right)=\frac{1}{9}\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \ \ \Leftrightarrow\ \ \frac{1}{81}\left(25+40\overrightarrow{\sf a}\cdot\overrightarrow{\sf b}+16\right)=\frac{1}{9}\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \ \ \Leftrightarrow\ \ \overrightarrow{\sf a}\cdot\overrightarrow{\sf b}=\underline{-\frac{4}{5}}\end{align*}}$
これより
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf |\overrightarrow{\sf AB}|^2&=\sf |\overrightarrow{\sf b}-\overrightarrow{\sf a}|^2 \\ &=\sf |\overrightarrow{\sf a}|^2-2\overrightarrow{\sf a}\cdot\overrightarrow{\sf b}+|\overrightarrow{\sf b}|^2\\ &=\sf 1+\frac{8}{5}+1\\ &=\sf \frac{18}{5}\end{align*}}$
なので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf AB=\underline{\frac{3\sqrt{10}}{5}}\end{align*}}$
(4)
△BOCにおいて余弦定理を用いると、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \cos\angle BOC&=\sf \frac{\overrightarrow{\sf b}\cdot \overrightarrow{\sf c}}{|\overrightarrow{\sf b}||\overrightarrow{\sf c}|} \\ &=\sf \frac{\overrightarrow{\sf b}\cdot\left(-\frac{5\overrightarrow{\sf a}+4\overrightarrow{\sf b}}{3}\right)}{1\cdot 1}\\ &=\sf -\frac{1}{3}\left(5\overrightarrow{\sf a}\cdot\overrightarrow{\sf b}+4|\overrightarrow{\sf b}|^2\right)\\ &=\sf 0\end{align*}}$
なので、∠BOC=90°
円周角の定理より
∠ABC=$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \frac{1}{2}\end{align*}}$ ∠BOC=45°
また、AD:BD=4:5、OD:OC=1:3なので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \triangle ABC&=\sf \frac{9}{5}\triangle BDC \\ &=\sf \frac{9}{5}\cdot\frac{4}{3}\triangle BOC\\ &=\sf \frac{9}{5}\cdot\frac{4}{3}\times\frac{1}{2}\cdot 1\cdot 1\\ &=\sf \underline{\frac{6}{5}}\end{align*}}$
テーマ:数学 - ジャンル:学問・文化・芸術
- 2018/08/25(土) 23:57:00|
- 大学入試(数学) .関西の私立大学 .関西学院大 理系 2018(個別)
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