四面体の中の2直線の交点(A)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 四面体の中の2直線の交点(B) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
四面体 $\mathrm{OABC}$ において,辺 $\mathrm{BC}$ を $1:2$ に内分する点を $\mathrm{D}$,辺 $\mathrm{AC}$ の中点を $\mathrm{E}$ とし,線分 $\mathrm{AD}$ と線分 $\mathrm{BE}$ の交点を $\mathrm{P}$ とする.$\overrightarrow{\mathrm{OA}}=\vec{a}$,$\overrightarrow{\mathrm{OB}}=\vec{b}$,$\overrightarrow{\mathrm{OC}}=\vec{c}$ とするとき,$\overrightarrow{\mathrm{OP}}$ を $\vec{a}$,$\vec{b}$,$\vec{c}$ で表せ.
$\overrightarrow{\mathrm{OD}}=\dfrac{2\vec{b}+\vec{c}}{3}$,$\overrightarrow{\mathrm{OE}}=\dfrac{\vec{a}+\vec{c}}{2}$ である.
$\mathrm{AP}:\mathrm{PD}=s:(1-s)$ とすると
\[ \overrightarrow{\mathrm{OP}}=(1-s)\vec{a}+s\cdot\frac{2\vec{b}+\vec{c}}{3}=(1-s)\vec{a}+\frac{2s}{3}\vec{b}+\frac{s}{3}\vec{c} \]
$\mathrm{BP}:\mathrm{PE}=t:(1-t)$ とすると
\[ \overrightarrow{\mathrm{OP}}=(1-t)\vec{b}+t\cdot\frac{\vec{a}+\vec{c}}{2}=\frac{t}{2}\vec{a}+(1-t)\vec{b}+\frac{t}{2}\vec{c} \]
4 点 $\mathrm{O}$,$\mathrm{A}$,$\mathrm{B}$,$\mathrm{C}$ は同じ平面上にないから,$\vec{a}$,$\vec{b}$,$\vec{c}$ の係数を比較して
\[ 1-s=\frac{t}{2},\qquad \frac{2s}{3}=1-t,\qquad \frac{s}{3}=\frac{t}{2} \]
第 1 式と第 3 式から $1-s=\dfrac{s}{3}$ で $s=\dfrac{3}{4}$,$t=\dfrac{1}{2}$(第 2 式も満たす).
よって $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\dfrac{1}{4}\vec{a}+\dfrac{1}{2}\vec{b}+\dfrac{1}{4}\vec{c}$
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