2本の線分の交点を位置ベクトルで表す(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 2本の線分の交点を位置ベクトルで表す(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
平行四辺形 $\mathrm{ABCD}$ において,辺 $\mathrm{BC}$ の中点を $\mathrm{E}$,辺 $\mathrm{DC}$ を $1:2$ に内分する点を $\mathrm{F}$($\mathrm{DF}:\mathrm{FC}=1:2$)とし,線分 $\mathrm{AE}$ と線分 $\mathrm{BF}$ の交点を $\mathrm{P}$ とする.$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\vec{b}$,$\overrightarrow{\mathrm{AD}}=\vec{d}$ とするとき,$\overrightarrow{\mathrm{AP}}$ を $\vec{b}$,$\vec{d}$ で表せ.
$\overrightarrow{\mathrm{AE}}=\vec{b}+\dfrac{1}{2}\vec{d}$,$\overrightarrow{\mathrm{AF}}=\vec{d}+\dfrac{1}{3}\vec{b}$ である.
$\mathrm{P}$ は直線 $\mathrm{AE}$ 上にあるから,$\overrightarrow{\mathrm{AP}}=k\overrightarrow{\mathrm{AE}}$ となる実数 $k$ がある.よって $\overrightarrow{\mathrm{AP}}=k\vec{b}+\dfrac{k}{2}\vec{d}$
$\mathrm{P}$ は線分 $\mathrm{BF}$ 上にあるから,$\mathrm{BP}:\mathrm{PF}=t:(1-t)$ とすると
\[ \overrightarrow{\mathrm{AP}}=(1-t)\vec{b}+t\left(\vec{d}+\frac{1}{3}\vec{b}\right)=\left(1-\frac{2}{3}t\right)\vec{b}+t\vec{d} \]
$\vec{b}$,$\vec{d}$ は $\vec{0}$ でなく平行でないから
\[ k=1-\frac{2}{3}t,\qquad \frac{k}{2}=t \]
よって $2t=1-\dfrac{2}{3}t$ より $t=\dfrac{3}{8}$,$k=\dfrac{3}{4}$
したがって $\overrightarrow{\mathrm{AP}}=\dfrac{3}{4}\vec{b}+\dfrac{3}{8}\vec{d}$
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