第3問
次の にあてはまる式を解答欄に記入せよ。
空間の異なる3点O、A、Bに対して、$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf a}=\overrightarrow{\sf OA}\end{align*}}$ 、$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf b}=\overrightarrow{\sf OB}\end{align*}}$ とおく。線分ABを
k:Lに内分する点をCとおくと、
$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OC}\end{align*}}$ = ア $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf a}\end{align*}}$ + イ $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf b}\end{align*}}$
と表される。また、線分ABをm:n (m>n)に外分する点をDとおくと
$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OD}\end{align*}}$ = ウ $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf a}\end{align*}}$ + エ $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf b}\end{align*}}$
と表される。さらに、pm-qn≠0を満たす正の数p、qについて、$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OA'}=p\overrightarrow{\sf a}\end{align*}}$ 、
$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OB'}=q\overrightarrow{\sf b}\end{align*}}$ をみたす2点A’、B’をとり、直線OC、ODがそれぞれ直線A’B’
と交わる点をC’、D’とおくと、$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OC'}\end{align*}}$ 、$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OD'}\end{align*}}$ はそれぞれ
$\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OC'}\end{align*}}$ = オ $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf a}\end{align*}}$ + カ $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf b}\end{align*}}$ 、 $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OD'}\end{align*}}$ = キ $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf a}\end{align*}}$ + ク $\small\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf b}\end{align*}}$
と表される。よって、C’は線分A’B’を ケ : コ に内分する点で、
D’は線分A’B’を サ : シ に外分する点である。
ここで、点Cが線分ABを内分する比の値 $\small\sf{\begin{align*} \sf \frac{k}{L}\end{align*}}$ と、点Dが線分ABを外分する
比の値 $\small\sf{\begin{align*} \sf \frac{m}{n}\end{align*}}$ について、これら2つの比の商を
$\small\sf{\begin{align*} \sf c\left(A,B,C,D\right)=\frac{\frac{k}{L}}{\frac{m}{n}}=\frac{kn}{Lm}\end{align*}}$
とおくとき、点C’が線分A’B’を内分する比の値と点D’が線分A’B’を
外分する比の値の商 $\small\sf{\begin{align*} \sf c\left(A',B',C',D'\right)\end{align*}}$ は、k、L、m、nを用いると ス と
表せる。
--------------------------------------------
【解答】
ア $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{L}{k+L}\end{align*}}$ イ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{k}{k+L}\end{align*}}$ ウ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf -\frac{n}{m-n}\end{align*}}$ エ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{m}{m-n}\end{align*}}$ オ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{Lpq}{kp+Lq}\end{align*}}$
カ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{kpq}{kp+Lq}\end{align*}}$ キ $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf -\frac{npq}{mp-nq}\end{align*}}$ ク $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{mpq}{mp-nq}\end{align*}}$ ケ kp コ Lq
サ mp シ nq ス $\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \frac{kn}{Lm}\end{align*}}$
【解説】
(1)
C、Dはそれぞれ線分ABをk:Lに内分する点、m:nに外分する点なので
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OC}=\underline{\ \frac{L}{k+L}\overrightarrow{\sf a}+\frac{k}{k+L}\overrightarrow{\sf b}}\ \ ,\ \ \overrightarrow{\sf OD}=\underline{\ -\frac{n}{m-n}\overrightarrow{\sf a}+\frac{m}{m-n}\overrightarrow{\sf b}}\end{align*}}$
C’はA’B’とOCの交点なので、実数s、tを用いて
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OC'}=s\overrightarrow{\sf OA'}+\left(1-s\right)\overrightarrow{\sf OB'}=ps\overrightarrow{\sf a}+q\left(1-s\right)\overrightarrow{\sf b}\end{align*}}$
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OC'}=t\overrightarrow{\sf OC}=\frac{Lt}{k+L}\overrightarrow{\sf a}+\frac{kt}{k+L}\overrightarrow{\sf b}\end{align*}}$
と2通りに表せる。$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf a}\end{align*}}$ と$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf b}\end{align*}}$は一次独立なので、係数を比較すると、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf s=\frac{Lt}{k+L}\ \ ,\ \ 1-s=\frac{kt}{k+L}\end{align*}}$
であり、これらを連立させて解くと、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf s=\frac{Lq}{kp+Lq}\end{align*}}$
なので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OC'}=\frac{Lq}{kp+Lq}\overrightarrow{\sf OA'}+\frac{kp}{kp+Lq}\overrightarrow{\sf OB'}=\underline{\ \frac{Lpq}{kp+Lq}\overrightarrow{\sf a}+\frac{kpq}{kp+Lq}\overrightarrow{\sf b}}\end{align*}}$
であり、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf A'C':B'C'=1-s:s=\frac{kp}{kp+Lq}:\frac{Lq}{kp+Lq}= kp:Lq\end{align*}}$
なので、C’は線分A’B’をkp:Lqの比に内分する。
D’に関しては、C’の場合のLを-nに、kをmに置き換えればよいので、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf \overrightarrow{\sf OD'}=\underline{\ -\frac{npq}{mp-nq}\overrightarrow{\sf a}+\frac{mpq}{mp-nq}\overrightarrow{\sf b}}\end{align*}}$
であり、D’は線分A’B’をmp:nqの比に外分する。
よって、
$\scriptsize\sf{\begin{align*} \sf c\left(A',B',C',D'\right)=\frac{\frac{kp}{Lq}}{\frac{mp}{qn}}=\underline{\ \frac{kn}{Lm}}\end{align*}}$
である。
最後は予想通りの答えになって安心です^^
テーマ:数学 - ジャンル:学問・文化・芸術
- 2018/11/25(日) 02:03:00|
- 大学入試(数学) .関西の私立大学 .京都薬科大 2016
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