2 線分の交点と辺との交点の位置ベクトル(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 2 線分の交点と辺との交点の位置ベクトル(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
$\triangle\mathrm{OAB}$ において,辺 $\mathrm{OA}$ を $2:1$ に内分する点を $\mathrm{C}$,辺 $\mathrm{OB}$ を $3:4$ に内分する点を $\mathrm{D}$ とし,線分 $\mathrm{AD}$ と $\mathrm{BC}$ の交点を $\mathrm{P}$,直線 $\mathrm{OP}$ と辺 $\mathrm{AB}$ の交点を $\mathrm{Q}$ とする.$\overrightarrow{\mathrm{OA}}=\vec{a}$,$\overrightarrow{\mathrm{OB}}=\vec{b}$ とするとき,$\overrightarrow{\mathrm{OP}}$,$\overrightarrow{\mathrm{OQ}}$ を $\vec{a}$,$\vec{b}$ で表せ.
$\overrightarrow{\mathrm{OC}}=\dfrac{2}{3}\vec{a}$,$\overrightarrow{\mathrm{OD}}=\dfrac{3}{7}\vec{b}$ である.
$\mathrm{AP}:\mathrm{PD}=s:(1-s)$ とすると $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=(1-s)\vec{a}+\dfrac{3}{7}s\vec{b}$
$\mathrm{BP}:\mathrm{PC}=t:(1-t)$ とすると $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\dfrac{2}{3}t\vec{a}+(1-t)\vec{b}$
$\vec{a}$,$\vec{b}$ は $\vec{0}$ でなく平行でないから
\[ 1-s=\frac{2}{3}t,\qquad \frac{3}{7}s=1-t \]
第 2 式から $s=\dfrac{7(1-t)}{3}$.第 1 式に代入して $3-7+7t=2t$ より $t=\dfrac{4}{5}$,$s=\dfrac{7}{15}$
よって $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\dfrac{8}{15}\vec{a}+\dfrac{1}{5}\vec{b}=\dfrac{8\vec{a}+3\vec{b}}{15}$
$\mathrm{Q}$ は直線 $\mathrm{OP}$ 上にあるから $\overrightarrow{\mathrm{OQ}}=k\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\dfrac{8k}{15}\vec{a}+\dfrac{3k}{15}\vec{b}$.$\mathrm{Q}$ は直線 $\mathrm{AB}$ 上にあるから係数の和は 1 で
\[ \frac{8k}{15}+\frac{3k}{15}=1 \quad\text{より}\quad k=\frac{15}{11} \]
よって $\overrightarrow{\mathrm{OQ}}=\dfrac{8\vec{a}+3\vec{b}}{11}$($\mathrm{Q}$ は $\mathrm{AB}$ を $3:8$ に内分する点)
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