垂線を2回下ろして垂直を示す(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/23
🔁 類題: 垂線を2回下ろして垂直を示す(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
四面体 $\mathrm{OABC}$ において,$\mathrm{OA}$,$\mathrm{OB}$,$\mathrm{OC}$ は互いに垂直で,$\mathrm{OA}=\mathrm{OB}=4$,$\mathrm{OC}=2$ である.辺 $\mathrm{AB}$ の中点を $\mathrm{D}$ とする.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $\mathrm{CD}\perp\mathrm{AB}$ であることを示し,$\mathrm{CD}$ の長さを求めよ.
\item[(2)] $\mathrm{O}$ から平面 $\mathrm{ABC}$ に下ろした垂線の長さを求めよ.
\end{enumerate}
(1) $\mathrm{OA}=\mathrm{OB}$ より $\mathrm{OD}\perp\mathrm{AB}$.$\mathrm{OC}$ は平面 $\mathrm{OAB}$ に垂直($\mathrm{OC}\perp\mathrm{OA}$,$\mathrm{OC}\perp\mathrm{OB}$)であるから,三垂線の定理より $\mathrm{CD}\perp\mathrm{AB}$
$\mathrm{OD}=\dfrac{1}{2}\mathrm{AB}=\dfrac{1}{2}\cdot 4\sqrt{2}=2\sqrt{2}$.$\triangle\mathrm{OCD}$ は $\angle\mathrm{COD}=90^\circ$ の直角三角形で
\[ \mathrm{CD}=\sqrt{2^2+(2\sqrt{2})^2}=2\sqrt{3} \]
(2) $\mathrm{AB}\perp\mathrm{OD}$,$\mathrm{AB}\perp\mathrm{CD}$ より $\mathrm{AB}\perp$ 平面 $\mathrm{OCD}$.よって $\mathrm{O}$ から $\mathrm{CD}$ に下ろした垂線 $\mathrm{OH}$ は,$\mathrm{AB}$ とも垂直になり,平面 $\mathrm{ABC}$ に垂直である.
$\triangle\mathrm{OCD}$ の面積を 2 通りに表して $\dfrac{1}{2}\cdot\mathrm{OC}\cdot\mathrm{OD}=\dfrac{1}{2}\cdot\mathrm{CD}\cdot\mathrm{OH}$
\[ 2\cdot 2\sqrt{2}=2\sqrt{3}\cdot\mathrm{OH} \qquad \mathrm{OH}=\frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{3}}=\frac{2\sqrt{6}}{3} \]
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