ベクトルの等式を満たす点の位置(B)
★★☆☆☆☆☆(章末問題) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: ベクトルの等式を満たす点の位置(A) (★★☆☆☆☆☆(章末問題))
問題
四面体 $\mathrm{ABCD}$ と点 $\mathrm{P}$ が
\[ 2\overrightarrow{\mathrm{PA}}+\overrightarrow{\mathrm{PB}}+\overrightarrow{\mathrm{PC}}+\overrightarrow{\mathrm{PD}}=\vec{0} \]
を満たしている.
\begin{enumerate}
\item[(1)] 点 $\mathrm{P}$ はどのような位置にあるか.
\item[(2)] 四面体 $\mathrm{PBCD}$ と四面体 $\mathrm{ABCD}$ の体積比を求めよ.
\end{enumerate}
(1) $\mathrm{A}$ を始点とし,$\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\vec{b}$,$\overrightarrow{\mathrm{AC}}=\vec{c}$,$\overrightarrow{\mathrm{AD}}=\vec{d}$,$\overrightarrow{\mathrm{AP}}=\vec{p}$ とすると
\[ -2\vec{p}+(\vec{b}-\vec{p})+(\vec{c}-\vec{p})+(\vec{d}-\vec{p})=\vec{0} \quad\text{より}\quad \vec{p}=\frac{\vec{b}+\vec{c}+\vec{d}}{5}=\frac{3}{5}\cdot\frac{\vec{b}+\vec{c}+\vec{d}}{3} \]
$\dfrac{\vec{b}+\vec{c}+\vec{d}}{3}$ は $\triangle\mathrm{BCD}$ の重心 $\mathrm{G}$ を表すから,$\mathrm{P}$ は線分 $\mathrm{AG}$ を $3:2$ に内分する点である.
(2) 底面 $\triangle\mathrm{BCD}$ が共通で,$\mathrm{G}$ は平面 $\mathrm{BCD}$ 上にあるから,$\mathrm{P}$,$\mathrm{A}$ から平面 $\mathrm{BCD}$ までの距離(高さ)の比は $\mathrm{PG}:\mathrm{AG}=2:5$ である.
よって,四面体 $\mathrm{PBCD}$ と四面体 $\mathrm{ABCD}$ の体積比は $2:5$
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