四面体の線分と平面の交点(B)
★☆☆☆☆☆☆(教科書) / 作成者: shonan / 2026/10/27
🔁 類題: 四面体の線分と平面の交点(A) (★☆☆☆☆☆☆(教科書))
問題
四面体 $\mathrm{OABC}$ において,辺 $\mathrm{OA}$ を $2:1$ に内分する点を $\mathrm{D}$,辺 $\mathrm{OB}$ の中点を $\mathrm{E}$,辺 $\mathrm{OC}$ を $1:2$ に内分する点を $\mathrm{F}$ とする.$\triangle\mathrm{ABC}$ の重心を $\mathrm{G}$ とし,直線 $\mathrm{OG}$ と平面 $\mathrm{DEF}$ の交点を $\mathrm{P}$ とするとき,$\overrightarrow{\mathrm{OP}}$ を $\overrightarrow{\mathrm{OA}}=\vec{a}$,$\overrightarrow{\mathrm{OB}}=\vec{b}$,$\overrightarrow{\mathrm{OC}}=\vec{c}$ で表せ.また,$\mathrm{OP}:\mathrm{PG}$ を求めよ.
$\overrightarrow{\mathrm{OD}}=\dfrac{2}{3}\vec{a}$,$\overrightarrow{\mathrm{OE}}=\dfrac{1}{2}\vec{b}$,$\overrightarrow{\mathrm{OF}}=\dfrac{1}{3}\vec{c}$,$\overrightarrow{\mathrm{OG}}=\dfrac{\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}}{3}$ である.
$\mathrm{P}$ は直線 $\mathrm{OG}$ 上にあるから $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=k\overrightarrow{\mathrm{OG}}=\dfrac{k}{3}(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c})$ とおける.これを $\overrightarrow{\mathrm{OD}}$,$\overrightarrow{\mathrm{OE}}$,$\overrightarrow{\mathrm{OF}}$ で表すと
\[ \overrightarrow{\mathrm{OP}}=\frac{k}{2}\overrightarrow{\mathrm{OD}}+\frac{2k}{3}\overrightarrow{\mathrm{OE}}+k\overrightarrow{\mathrm{OF}} \]
$\mathrm{P}$ は平面 $\mathrm{DEF}$ 上にあるから,係数の和が 1 である.
\[ \frac{k}{2}+\frac{2k}{3}+k=\frac{13k}{6}=1 \quad\text{より}\quad k=\frac{6}{13} \]
よって $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\dfrac{2}{13}(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c})$
また $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\dfrac{6}{13}\overrightarrow{\mathrm{OG}}$ より $\mathrm{OP}:\mathrm{PG}=6:7$
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