空間の分点と重心をベクトルで表す(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 空間の分点と重心をベクトルで表す(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
四面体 $\mathrm{ABCD}$ の頂点の位置ベクトルを $\vec{a}$,$\vec{b}$,$\vec{c}$,$\vec{d}$ とする.$\triangle\mathrm{BCD}$ の重心を $\mathrm{G_1}$ とし,線分 $\mathrm{AG_1}$ を $3:1$ に内分する点を $\mathrm{P}$ とする.
\begin{enumerate}
\item[(1)] 点 $\mathrm{P}$ の位置ベクトルを $\vec{a}$,$\vec{b}$,$\vec{c}$,$\vec{d}$ で表せ.
\item[(2)] $\triangle\mathrm{ACD}$ の重心を $\mathrm{G_2}$ とするとき,点 $\mathrm{P}$ は線分 $\mathrm{BG_2}$ 上にもあることを示せ.
\end{enumerate}
(1) $\vec{g_1}=\dfrac{\vec{b}+\vec{c}+\vec{d}}{3}$ であるから
\[ \vec{p}=\frac{1\cdot\vec{a}+3\vec{g_1}}{3+1}=\frac{\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}+\vec{d}}{4} \]
(2) $\vec{g_2}=\dfrac{\vec{a}+\vec{c}+\vec{d}}{3}$ であり,線分 $\mathrm{BG_2}$ を $3:1$ に内分する点の位置ベクトルは
\[ \frac{\vec{b}+3\vec{g_2}}{4}=\frac{\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}+\vec{d}}{4}=\vec{p} \]
よって $\mathrm{P}$ は線分 $\mathrm{BG_2}$ 上にある.
((2) と同様にして,各頂点と向かい合う面の重心を結ぶ 4 本の線分は 1 点 $\mathrm{P}$ で交わる.$\mathrm{P}$ を四面体の重心という.)
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