係数条件を変えたときの点の動く領域(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 係数条件を変えたときの点の動く領域(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
$\triangle\mathrm{OAB}$ の面積を $S$ とし,$\overrightarrow{\mathrm{OP}}=s\overrightarrow{\mathrm{OA}}+t\overrightarrow{\mathrm{OB}}$ とする.実数 $s$,$t$ が
\[ s\geqq 0,\quad t\geqq 0,\quad s+2t\leqq 2,\quad 2s+t\leqq 2 \]
を満たして動くとき,点 $\mathrm{P}$ の存在範囲を図示し,その面積を $S$ で表せ.
$s+2t\leqq 2$ かつ $s\geqq 0$,$t\geqq 0$ の範囲は,$\overrightarrow{\mathrm{OA'}}=2\overrightarrow{\mathrm{OA}}$ として $\triangle\mathrm{OA'B}$ の周および内部である.
$2s+t\leqq 2$ かつ $s\geqq 0$,$t\geqq 0$ の範囲は,$\overrightarrow{\mathrm{OB'}}=2\overrightarrow{\mathrm{OB}}$ として $\triangle\mathrm{OAB'}$ の周および内部である.
求める範囲はこの共通部分である.2 直線 $s+2t=2$,$2s+t=2$ の交点は $s=t=\dfrac{2}{3}$ であるから,$\overrightarrow{\mathrm{OC}}=\dfrac{2}{3}(\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\overrightarrow{\mathrm{OB}})$ として,存在範囲は四角形 $\mathrm{OACB}$ の周および内部である.
面積は $\triangle\mathrm{OAC}+\triangle\mathrm{OCB}$ である.
$\overrightarrow{\mathrm{OC}}=\dfrac{2}{3}\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\dfrac{2}{3}\overrightarrow{\mathrm{OB}}$ より,点 $\mathrm{C}$ は $\dfrac{2}{3}\overrightarrow{\mathrm{OB}}$ の終点を通り直線 $\mathrm{OA}$ に平行な直線上にあるから,$\mathrm{C}$ と直線 $\mathrm{OA}$ の距離は,$\mathrm{B}$ と直線 $\mathrm{OA}$ の距離の $\dfrac{2}{3}$ 倍である.同様に,$\mathrm{C}$ は $\dfrac{2}{3}\overrightarrow{\mathrm{OA}}$ の終点を通り直線 $\mathrm{OB}$ に平行な直線上にあるから,$\mathrm{C}$ と直線 $\mathrm{OB}$ の距離は,$\mathrm{A}$ と直線 $\mathrm{OB}$ の距離の $\dfrac{2}{3}$ 倍である.よって,底辺 $\mathrm{OA}$,$\mathrm{OB}$ をそれぞれ共有する三角形を比べて
\[ \triangle\mathrm{OAC}=\frac{2}{3}S,\qquad \triangle\mathrm{OCB}=\frac{2}{3}S \]
よって面積は $\dfrac{4}{3}S$
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