成分で表したベクトルの大きさの最小(A)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 成分で表したベクトルの大きさの最小(B) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
$\vec{a}=(1,\,1,\,1)$,$\vec{b}=(1,\,-1,\,0)$,$\vec{c}=(3,\,1,\,5)$ とする.実数 $s$,$t$ を動かすとき,$|\vec{c}-s\vec{a}-t\vec{b}|$ の最小値と,そのときの $s$,$t$ の値を求めよ.
$\vec{c}-s\vec{a}-t\vec{b}=(3-s-t,\,1-s+t,\,5-s)$ であるから
\[ |\vec{c}-s\vec{a}-t\vec{b}|^2=(3-s-t)^2+(1-s+t)^2+(5-s)^2 \]
展開して整理すると
\[ =3s^2+2t^2-18s-4t+35=3(s-3)^2+2(t-1)^2+6 \]
($st$ の項は $2st-2st=0$ で消える.)
$3(s-3)^2\geqq 0$,$2(t-1)^2\geqq 0$ であるから,$|\vec{c}-s\vec{a}-t\vec{b}|^2$ は $s=3$,$t=1$ のとき最小値 $6$ をとる.
$|\vec{c}-s\vec{a}-t\vec{b}|\geqq 0$ であるから,$|\vec{c}-s\vec{a}-t\vec{b}|^2$ が最小のとき $|\vec{c}-s\vec{a}-t\vec{b}|$ も最小となる.
よって $s=3$,$t=1$ のとき最小値 $\sqrt{6}$ をとる.
(このとき $\vec{c}-3\vec{a}-\vec{b}=(-1,\,-1,\,2)$ は $\vec{a}$,$\vec{b}$ の両方に垂直である.)
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