図形の中の内積を定義から計算する(A)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 図形の中の内積を定義から計算する(B) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
1 辺の長さが $2$ の正三角形 $\mathrm{ABC}$ において,次の内積を求めよ.
\begin{enumerate}
\item[(1)] $\overrightarrow{\mathrm{AB}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{AC}}$
\item[(2)] $\overrightarrow{\mathrm{AB}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{BC}}$
\item[(3)] $\overrightarrow{\mathrm{AB}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{AM}}$($\mathrm{M}$ は辺 $\mathrm{BC}$ の中点)
\end{enumerate}
(1) $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ と $\overrightarrow{\mathrm{AC}}$ のなす角は $60^\circ$ であるから
\[ \overrightarrow{\mathrm{AB}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{AC}}=2\cdot 2\cos 60^\circ=2 \]
(2) 始点をそろえると,$\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ と $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$ のなす角は $180^\circ-60^\circ=120^\circ$ である.
\[ \overrightarrow{\mathrm{AB}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{BC}}=2\cdot 2\cos 120^\circ=-2 \]
(3) $\triangle\mathrm{ABC}$ は正三角形であるから,中線 $\mathrm{AM}$ は $\angle\mathrm{BAC}$ を 2 等分し,$\mathrm{AM}\perp\mathrm{BC}$ である.よって $\angle\mathrm{BAM}=30^\circ$,$\mathrm{AM}=2\sin 60^\circ=\sqrt{3}$ であるから
\[ \overrightarrow{\mathrm{AB}}\cdot\overrightarrow{\mathrm{AM}}=2\cdot\sqrt{3}\cos 30^\circ=3 \]
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