昭和医科大学/2022年度/Ⅰ期

2昭和医科大学 2022年 数学 第2問解答・解説

図形と計量図形の性質ベクトル

1問題

昭和医科大学2022年度第2問
△OAB\triangle OAB において、OA=2OA=2、OB=5OB=\sqrt{5}、AB=3AB=\sqrt{3} とし、a⃗=OA→\vec{a}=\overrightarrow{OA}、b⃗=OB→\vec{b}=\overrightarrow{OB} とする。次の各問に答えよ。ただし、答えは結果のみを解答欄に記入せよ。

(1) 内積 a⃗⋅b⃗\vec{a}\cdot\vec{b} の値を求めよ。

(2) △OAB\triangle OAB の垂心 HH について OH→\overrightarrow{OH} を a⃗,b⃗\vec{a},\vec{b} を用いて表せ。

(3) 線分 OHOH を延長し線分 ABAB との交点を DD とする。
(a) 線分 ADAD の長さ ℓ1\ell_1 を求めよ。
(b) 線分 ODOD の長さ ℓ2\ell_2 を求めよ。

(4) △OAB\triangle OAB の外接円の半径 RR を求めよ。

(5) △OAB\triangle OAB の外心 GG について OG→\overrightarrow{OG} を a⃗,b⃗\vec{a},\vec{b} を用いて表せ。

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

タイマー

15:00

2解答

解答を見る途中式つきの解答

解答

(1) ∣b⃗−a⃗∣2=3|\vec b-\vec a|^2=3から4+5−2a⃗⋅b⃗=34+5-2\vec a\cdot\vec b=3、従って内積は3。
(2) OH→=ua⃗+vb⃗\overrightarrow{OH}=u\vec a+v\vec bとする。AH⊥OBAH\perp OB、BH⊥OABH\perp OAから
3u+5v=3,4u+3v=3.3u+5v=3,\qquad4u+3v=3.
よってu=6/11,v=3/11u=6/11,v=3/11、OH→=(6a⃗+3b⃗)/11\overrightarrow{OH}=(6\vec a+3\vec b)/11。
(3) ODODはOHOHと平行で、DDはABAB上なのでOD→=(2a⃗+b⃗)/3\overrightarrow{OD}=(2\vec a+\vec b)/3。よってAD=AB/3=3/3AD=AB/3=\sqrt3/3、
OD2=4⋅4+4⋅3+59=113,OD=333.OD^2=\frac{4\cdot4+4\cdot3+5}{9}=\frac{11}3,\quad OD=\frac{\sqrt{33}}3.
(4) 三角形の面積は12∣a⃗∣2∣b⃗∣2−(a⃗⋅b⃗)2=11/2\frac12\sqrt{|\vec a|^2|\vec b|^2-(\vec a\cdot\vec b)^2}=\sqrt{11}/2。正弦定理(またはΔ=abc/(4R)\Delta=abc/(4R))により
R=2534(11/2)=1511=16511.R=\frac{2\sqrt5\sqrt3}{4(\sqrt{11}/2)}=\sqrt{\frac{15}{11}}=\frac{\sqrt{165}}{11}.
(5) OG→=sa⃗+tb⃗\overrightarrow{OG}=s\vec a+t\vec bとおく。GO=GA=GBGO=GA=GBよりOG→⋅a⃗=2\overrightarrow{OG}\cdot\vec a=2、OG→⋅b⃗=5/2\overrightarrow{OG}\cdot\vec b=5/2。従って
4s+3t=2,3s+5t=5/2,s=5/22,t=4/11.4s+3t=2,\quad3s+5t=5/2,\quad s=5/22,t=4/11.
答えはOG→=(5a⃗+8b⃗)/22\overrightarrow{OG}=(5\vec a+8\vec b)/22。

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。

この問題で使う考え方

  • 内積と垂直条件
  • 連立方程式
  • 辺上の内分
  • 正弦定理

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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