愛知医科大学/2022年度/推薦

5愛知医科大学 2022年 数学 第5問解答・解説

1問題

愛知医科大学2022年度第5問
1辺の長さが6である正四面体ABCD\mathrm{ABCD}において、D\mathrm{D}から三角形ABC\mathrm{ABC}に垂線DH\mathrm{DH}を下ろす。線分DH\mathrm{DH}上でHE=h (h>0)\mathrm{HE}=h\,(h>0)である点をE\mathrm{E}、辺BC\mathrm{BC}の中点をM\mathrm{M}とするとき、次の問いに答えよ。

(1) DH\mathrm{DH}の長さを求めよ。

(2) 線分AE\mathrm{AE}上の動点をP\mathrm{P}とするとき、線分PM\mathrm{PM}の長さの最小値をhhの式で表せ。
保存された問題原図(掲載用の切抜き・配置は未確定)

まずは自分で解いてみましょう。解けたら「答え」、詰まったら「解答」で確かめられます。

タイマー

15:00

2答え

答えを見る自分の答えと照らし合わせる
  • (1) 正四面体の高さ
    DH=26DH=2\sqrt6。
  • (2) PMの最小値
    0<h≦60<h\leqq\sqrt6 では h2+3\sqrt{h^2+3}、
    6≦h≦26\sqrt6\leqq h\leqq2\sqrt6 では 33hh2+12\frac{3\sqrt3h}{\sqrt{h^2+12}}。

3解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

(1) 正四面体の高さ

正三角形ABCの重心かつ外心がHである。AM=33AM=3\sqrt{3}、AH=23AM=23AH=\frac23AM=2\sqrt3、AD=6AD=6より、直角三角形ADHで
DH=36−12=26DH=\sqrt{36-12}=2\sqrt6。

(2) PMの最小値

平面ADHはMも含み、Aを横座標0、Mを333\sqrt{3}、Hを232\sqrt{3}、底面ABCを高さ0とする直交座標でE=(23,h)E=(2\sqrt{3},h)。Eは線分DH上なので0<h≦260<h\leqq2\sqrt6。
PはAE上なのでP=(23t,ht)P=(2\sqrt{3}t,ht)、0≦t≦10\leqq t\leqq1と表せる。従って
PM2=(23t−33)2+h2t2=(12+h2)t2−36t+27. PM^2=(2\sqrt3t-3\sqrt3)^2+h^2t^2 =(12+h^2)t^2-36t+27.
頂点のt=1812+h2t=\frac{18}{12+h^2}。0<h≦60<h\leqq\sqrt6ではt≧1t\geqq1なので区間上の最小はt=1t=1(P=EP=E)でPM=h2+3PM=\sqrt{h^{2}+3}。h≧6h\geqq\sqrt6では頂点が区間内に入り、最小平方は
27−32412+h2=27h212+h2, 27-\frac{324}{12+h^2}=\frac{27h^2}{12+h^2},
最小値は33h12+h2\frac{3\sqrt3h}{\sqrt{12+h^2}}。h=6h=\sqrt{6}では両式が3となり一致する。

読み終えたら解答を閉じて、もう一度自分の手で解いてみましょう。

答えと解答は AI で作成したものです。誤りに気づいたらお問い合わせから教えてください。

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