成分で表したベクトルの大きさの最小(B)
★★☆☆☆☆☆(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(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
2 点 $\mathrm{A}(3,\,-1,\,2)$,$\mathrm{B}(5,\,1,\,6)$ について,次の問いに答えよ.
\begin{enumerate}
\item[(1)] 直線 $\mathrm{AB}$ 上の点 $\mathrm{P}$ のうち,原点 $\mathrm{O}$ に最も近い点の座標と,$\mathrm{OP}$ の最小値を求めよ.
\item[(2)] 点 $\mathrm{P}$ が線分 $\mathrm{AB}$ 上を動くとき,$\mathrm{OP}$ の最小値を求めよ.
\end{enumerate}
$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=(2,\,2,\,4)$ であるから,$\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\overrightarrow{\mathrm{OA}}+t\overrightarrow{\mathrm{AB}}=(3+2t,\,-1+2t,\,2+4t)$ とおける.
\[ |\overrightarrow{\mathrm{OP}}|^2=(3+2t)^2+(-1+2t)^2+(2+4t)^2=24t^2+24t+14=24\left(t+\frac{1}{2}\right)^2+8 \]
$|\overrightarrow{\mathrm{OP}}|\geqq 0$ であるから,$|\overrightarrow{\mathrm{OP}}|^2$ が最小のとき $|\overrightarrow{\mathrm{OP}}|$ も最小となる.
(1) $t$ はすべての実数をとるから,$t=-\dfrac{1}{2}$ のとき最小.$\mathrm{P}(2,\,-2,\,0)$,最小値 $\sqrt{8}=2\sqrt{2}$
(2) 線分 $\mathrm{AB}$ 上では $0\leqq t\leqq 1$ である.軸 $t=-\dfrac{1}{2}$ はこの範囲の左外にあるから,この範囲で $|\overrightarrow{\mathrm{OP}}|^2$ は増加する.よって,$t=0$($\mathrm{P}=\mathrm{A}$)で最小となり,最小値は $\mathrm{OA}=\sqrt{9+1+4}=\sqrt{14}$
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