第5問
以下の文章の空欄に適切な数、式または数学記号を入れて文章を完成させよ。
空間に三角形ABCと点Pがある。以下では位置ベクトルの始点は原点Oとする。
点A、B、C、Pの位置ベクトルをそれぞれ$\small\sf{\overrightarrow{\sf a},\overrightarrow{\sf b},\overrightarrow{\sf c},\overrightarrow{\sf p}}$ とする。点Aに関して点Pと
対称な点Qの位置ベクトル$\small\sf{\overrightarrow{\sf q}}$ は$\small\sf{\overrightarrow{\sf q}}$ = ア である。同様に、点Bに関して点Q
と対称な点Rの位置ベクトル$\small\sf{\overrightarrow{\sf r}}$ と、点Cに関して点Rと対称な点Sの位置ベクトル
$\small\sf{\overrightarrow{\sf s}}$ も求まる。特に点Sが点Pと一致するとき、$\small\sf{\overrightarrow{\sf p}}$ を$\small\sf{\overrightarrow{\sf a},\overrightarrow{\sf b},\overrightarrow{\sf c}}$ で表すと$\small\sf{\overrightarrow{\sf p}}$ = イ
となる。このとき三角形PQRの面積は三角形ABCの面積の ウ 倍である。
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【解答】
ア $\scriptsize\sf{2\overrightarrow{\sf a}-\overrightarrow{\sf p}}$ イ $\scriptsize\sf{\overrightarrow{\sf a}-\overrightarrow{\sf b}+\overrightarrow{\sf c}}$ ウ 4
【解説】
(ア)
点Qは点Aに関して点Pと対称な点なので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf AQ}=-\overrightarrow{\sf AP}&\ \ \Leftrightarrow\ \ \sf \overrightarrow{\sf q}-\overrightarrow{\sf a}=-\left(\overrightarrow{\sf p}-\overrightarrow{\sf a}\right) \\ &\ \ \Leftrightarrow\ \ \sf \overrightarrow{\sf q}=\underline{2\overrightarrow{\sf a}-\overrightarrow{\sf p}}\end{align*}}$
(イ)
同様にすると、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf r}&=\sf 2\overrightarrow{\sf b}-\overrightarrow{\sf q} \\ &=\sf -2\overrightarrow{\sf a}+2\overrightarrow{\sf b}+\overrightarrow{\sf p} \end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf s}&=\sf 2\overrightarrow{\sf c}-\overrightarrow{\sf r} \\ &=\sf 2\overrightarrow{\sf a}-2\overrightarrow{\sf b}+2\overrightarrow{\sf c}-\overrightarrow{\sf p} \end{align*}}$
となるので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf\overrightarrow{\sf s}=\overrightarrow{\sf p}&\ \ \Leftrightarrow\ \ \sf 2\overrightarrow{\sf a}-2\overrightarrow{\sf b}+2\overrightarrow{\sf c}-\overrightarrow{\sf p}=\overrightarrow{\sf p} \\ &\ \ \Leftrightarrow\ \ \sf \overrightarrow{\sf p}=\underline{\overrightarrow{\sf a}-\overrightarrow{\sf b}+\overrightarrow{\sf c}}\end{align*}}$
(ウ)
(イ)のとき
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf q}&=\sf 2\overrightarrow{\sf a}-\overrightarrow{\sf p} \\ &=\sf \overrightarrow{\sf a}+\overrightarrow{\sf b}-\overrightarrow{\sf c} \end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf r}&=\sf -2\overrightarrow{\sf a}+2\overrightarrow{\sf b}+\overrightarrow{\sf p} \\ &=\sf -\overrightarrow{\sf a}+\overrightarrow{\sf b}+\overrightarrow{\sf c}\end{align*}}$
なので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf PQ}&=\sf \overrightarrow{\sf q}-\overrightarrow{\sf p} \\ &=\sf 2\overrightarrow{\sf b}-2\overrightarrow{\sf c}\\ &=\sf 2\overrightarrow{\sf CB}\end{align*}}$
同様に、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \overrightarrow{\sf QP}=2\overrightarrow{\sf AC}\ ,\ \ \overrightarrow{\sf RP}=2\overrightarrow{\sf BA}\end{align*}}$
となるので、△ABCと△RPQは相似であり、相似比は1:2である。
よって、△PQRの面積は△ABCの4倍である。
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- 2018/09/12(水) 23:57:00|
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第6問
以下の問に答えよ。
区間0≦x≦1で定義された関数f(x)が以下の2つの条件を満たしているとする。
条件(a): f(0)=f(1)= 0
条件(b): 0≦x1≦1 、 0≦x2≦1なる任意の相異なるx1、x2に対し、
$\small\sf{\left|f(x_1)-f(x_2)\right|\lt k\left|x_1-x_2\right|}$ (ただし、kは正の定数)
(1) 0<x<1なる任意のxに対し、不等式|f(x)|<kx と|f(x)|<k(1-x) が
成り立つことを示せ。
(2) 0≦x1≦1 、0≦x2≦1なる任意のx1、x2に対し、不等式$\small\sf{\begin{align*}\sf\left|f(x_1)-f(x_2)\right|\lt\frac{k}{2}\end{align*}}$ が
成り立つことを示せ。
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【解答】
(1)
(b)の式にx1=x (0<x<1)、x2=0を代入すると、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf\left|f(x)-f(0)\right|\lt k\left|x-0\right|\ \ \Leftrightarrow\ \ \left|f(x)\right|\lt kx\end{align*}}$
(b)の式にx1=x (0<x<1)、x2=1を代入すると、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf\left|f(x)-f(1)\right|\lt k\left|x-1\right|\ \ \Leftrightarrow\ \ \left|f(x)\right|\lt k\left(1-x\right)\end{align*}}$
(2)
(ⅰ) x1=x2のときは、k>0より明らかに成り立つ。
以下、x1≠x2のときは、x1>x2としても一般性を失わない。
(ⅱ) 0<x1-x2≦$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \frac{1}{2}\end{align*}}$ のとき
条件(b)より
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf |f(x_1)-f(x_2)|&\lt\sf k|x_1-x_2| \\ &=\sf k(x_1-x_2)\\ &\leqq\sf \frac{k}{2}\end{align*}}$
(ⅲ) $\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf \frac{1}{2}\end{align*}}$<x1-x2≦1のとき
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf 0\leqq x_2\lt\frac{1}{2}\lt x_1\leqq 1 \end{align*}}$
であり、f(x1)=f(x2)=0なので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*}\sf |f(x_1)-f(x_2)|&=\sf |f(x_1)-f(1)+f(0)-f(x_2)|\\ &\leqq\sf |f(x_1)-f(1)|+|f(0)-f(x_2)|\\ &\lt\sf k|x_1-1|+k|0-x_2|\ \ \ \left(\because\ (b)\right)\\ &=\sf k\left\{1-(x_1+x_2\right)\right\}\\ &\lt\sf \frac{k}{2}\ \ \ \ \left(\because\ x_1-x_2\gt \frac{1}{2}\right)\end{align*}}$
以上より、題意は示された。
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