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【新課程】数研出版:新編数学C[710]

このページは、数研出版:新編数学C[710]
 第2章 空間のベクトル
教科書の復習から入試の入門まで|数学入門問題精講
旺文社の入門問題精講シリーズの紹介高校生の皆さん、数学の勉強に困ったことはありませんか?教科書の内容...

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新編数学C 第1章 平面のベクトル
新編数学C 第2章 空間のベクトル
新編数学C 第3章 複素数平面
新編数学C 第4章 式と曲線

 



第2章 空間のベクトル

p.53 練習1\({\small (1)}~(-1~,~3~,~2)\)
\({\small (2)}~(1~,~-3~,~2)\)


解法のPoint|平面・軸・原点に対称な点の座標
p.53 練習2\({\small (1)}~7\)  \({\small (2)}~5\sqrt{2}\)


解法のPoint|空間の2点間の距離
p.53 深める\({\small (1)}~(1~,~-3~,~-2)\)
\({\small (2)}~(-1~,~3~,~-2)\)
\({\small (3)}~(-1~,~-3~,~2)\)
\({\small (4)}~(-1~,~-3~,~-2)\)


解法のPoint|平面・軸・原点に対称な点の座標
p.54 練習3 等しいベクトル \(\vec{\rm BF}~,~\vec{\rm CG}~,~\vec{\rm DH}\)
 逆ベクトル \(\vec{\rm CB}~,~\vec{\rm GF}~,~\vec{\rm HE}\)
p.55 練習4\({\small (1)}~{\rm C}\)  \({\small (2)}~{\rm B}\)


解法のPoint|平行六面体とベクトルの加法・減法
p.55 練習5\({\small (1)}~\vec{a}+\vec{b}-\vec{c}\)
\({\small (2)}~-\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}\)
\({\small (3)}~\vec{a}-\vec{b}+\vec{c}\)
\({\small (4)}~\vec{a}-\vec{b}\)


解法のPoint|平行六面体とベクトルの加法・減法
p.57 練習6\({\small (1)}~x=6~,~y=-3~,~z=4\)
\({\small (2)}~x=-1~,~y=2~,~z=-4\)

p.58 練習7\({\small (1)}~3\)  \({\small (2)}~5\sqrt{2}\)


解法のPoint|空間ベクトルの成分表示と大きさ
p.59 練習8\({\small (1)}~(5~,~0~,~-2)\)
\({\small (2)}~(-3~,~6~,~-2)\)
\({\small (3)}~(11~,~3~,~-6)\)
\({\small (4)}~(-10~,~15~,~-4)\)
\({\small (5)}~(30~,~-30~,~4)\)
\({\small (6)}~(21~,~-27~,~6)\)


解法のPoint|空間ベクトルの成分計算
p.59 練習9\({\small (1)}~(1~,~-2~,~1)~,~\sqrt{6}\)
\({\small (2)}~(-2~,~-4~,~4)~,~6\)


解法のPoint|空間の点をベクトルの成分で表す
p.61 練習10\({\small (1)}~15~,~45^\circ\)  \({\small (2)}~0~,~90^\circ\)


解法のPoint|成分表示の空間ベクトルのなす角
p.62 練習12\(~~~(1~,~1~,~2)~,~(-1~,~-1~,~-2)\)
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p.65 練習14\(~~~\vec{\rm OP}=\displaystyle \frac{1}{\,3\,}\vec{a}+\displaystyle \frac{\,4\,}{\,9\,}\vec{b}+\displaystyle \frac{\,2\,}{\,9\,}\vec{c}\)


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p.65 練習15[証明] \( \vec{\rm AB}=\vec{x}~,~\vec{\rm AC}=\vec{y}~,~\vec{\rm AD}=\vec{z} \) とおくと、


正四面体の1辺の長さを \(a\) とすると、


\(|\vec{x}|=|\vec{y}|=|\vec{z}|=a\)


\(|{\rm BC}|=a\) より、


\(\begin{eqnarray}~~~|\vec{\rm BC}|^2&=&a^2\\[5pt]~~~|\vec{y}-\vec{x}|^2&=&a^2\\[5pt]~~~|\vec{x}|^2-2\vec{x}\cdot\vec{y}+|\vec{y}|^2&=&a^2\\[5pt]~~~a^2-2\vec{x}\cdot\vec{y}+a^2&=&a^2\\[5pt]~~~\vec{x}\cdot\vec{y}&=&\displaystyle \frac{\,a^2\,}{\,2\,}\end{eqnarray}\)


同様に、\(|{\rm CD}|=|{\rm BD}|=a\) より、


\(\vec{y}\cdot\vec{z}=\vec{z}\cdot\vec{x}=\displaystyle \frac{\,a^2\,}{\,2\,}\)


よって、


\(\vec{x}\cdot\vec{y}=\vec{y}\cdot\vec{z}=\vec{z}\cdot\vec{x}~ ~ ~ \cdots {\small [\,1\,]}\)


\(\triangle{\rm BCD}\) の重心 \({\rm G}\) の位置ベクトルは、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm AG}&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{\rm AB}+\vec{\rm AC}+\vec{\rm AD})\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{x}+\vec{y}+\vec{z})\end{eqnarray}\)


ここで、\( \vec{\rm AG} \) と \( \vec{\rm BC} \) の内積は、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm AG}\cdot\vec{\rm BC}&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{x}+\vec{y}+\vec{z})\cdot(\vec{\rm AC}-\vec{\rm AB})\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{x}+\vec{y}+\vec{z})\cdot(\vec{y}-\vec{x})\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{x}\cdot\vec{y}-|\vec{x}|^2+|\vec{y}|^2-\vec{x}\cdot\vec{y}+\vec{y}\cdot\vec{z}-\vec{z}\cdot\vec{x})\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(-|\vec{x}|^2+|\vec{y}|^2+\vec{y}\cdot\vec{z}-\vec{z}\cdot\vec{x})\end{eqnarray}\)

正四面体より \(|\vec{x}|=|\vec{y}|\) かつ \({\small [\,1\,]}\) より \(\vec{y}\cdot\vec{z}=\vec{z}\cdot\vec{x}\) なので、


\(\begin{eqnarray}\hspace{35pt}&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(0+0)\\[5pt]~~~&=&0\end{eqnarray}\)


したがって、\( \vec{\rm AG}\neq 0~,~\vec{\rm BC}\neq 0~,~\vec{\rm AG}\cdot\vec{\rm BC}=0 \) より、\( \vec{\rm AG}\perp\vec{\rm BC} \) [終]


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p.67 練習16\({\small (1)}~3\sqrt{6}\)


解法のPoint|空間の2点間の距離


\({\small (2)}~\left(\displaystyle \frac{\,5\,}{\,2\,}~,~0~,~-\displaystyle \frac{1}{\,2\,}\right)\)
\({\small (3)}~(3~,~-1~,~0)\)
\({\small (4)}~(7~,~-9~,~4)\)


解法のPoint|座標空間の2点の内分点・外分点・中点
p.68 練習18\({\small (1)}~z=3\)
\({\small (2)}~x=1\)
\({\small (3)}~y=2\)


解法のPoint|座標空間の点を通る平面の方程式
p.69 練習19\({\small (1)}~(x-1)^2+(y-2)^2+(z+3)^2=16\)


解法のPoint|中心と半径が条件の球面の方程式


\({\small (2)}~x^2+y^2+z^2=9\)
\({\small (3)}~x^2+(y-4)^2+(z-1)^2=20\)


解法のPoint|中心と通る点が条件の球面の方程式
p.70 練習20\(~~~(x-2)^2+(y-1)^2+(z+2)^2=22\)


解法のPoint|直径の両端が条件の球面の方程式
p.70 練習21 中心 \((0,-2,3)\)、半径 \(3\)


解法のPoint|球が座標平面で切り取られる円

 



補充問題

p.71 補充問題 1 \( \vec{p}=\vec{a}-2\vec{b}-3\vec{c} \)


解法のPoint|成分計算とベクトルの表し方
p.71 補充問題 2[証明]

\( \vec{\rm OA}=\vec{a}~,~\vec{\rm OB}=\vec{b}~,~\vec{\rm OC}=\vec{c} \) とおくと、


平行六面体より、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm OP}&=&\vec{a}+\vec{b}
\\[5pt]~~~\vec{\rm OQ}&=&\vec{b}+\vec{c}
\\[5pt]~~~\vec{\rm OR}&=&\vec{a}+\vec{c}
\end{eqnarray}\)


\( \triangle {\rm ABC} \) の重心が \( {\rm G} \) であることより、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm OG}&=&\displaystyle \frac{\,\vec{\rm OA}+\vec{\rm OB}+\vec{\rm OC}\,}{\,3\,}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c})~ ~ ~ \cdots {\small [\,1\,]}
\end{eqnarray}\)


また、\( \triangle {\rm PQR} \) の重心が \( {\rm G’} \) であることより、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm OG’}&=&\displaystyle \frac{\,\vec{\rm OP}+\vec{\rm OQ}+\vec{\rm OR}\,}{\,3\,}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}\{(\vec{a}+\vec{b})+(\vec{b}+\vec{c})+(\vec{a}+\vec{c})\}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(2\vec{a}+2\vec{b}+2\vec{c})
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,2\,}{\,3\,}(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c})~ ~ ~ \cdots {\small [\,2\,]}
\end{eqnarray}\)

\(\small [\,1\,]\)\(\small [\,2\,]\) より、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm OG’}&=&\displaystyle \frac{\,2\,}{\,3\,}(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c})
\\[5pt]~~~&=&2\cdot\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c})
\\[5pt]~~~&=&2\vec{\rm OG}\hspace{30pt}(\,∵~ {\small [\,1\,]}\,)
\end{eqnarray}\)


したがって、\( \vec{\rm OG’}=2\vec{\rm OG} \) より、


3点 \( \rm O~,~\rm G~,~\rm G’ \) は一直線上にある [終]


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章末問題 空間のベクトル

p.72 章末問題A 1 \( x=0~,~y=5~,~z=1 \)


解法のPoint|空間の4点が平行四辺形となる条件
p.72 章末問題A 2 \( t=1~,~|\,\vec{p}\,|=3 \)


解法のPoint|成分表示の空間ベクトルの平行と垂直
p.72 章末問題A 3\({\small (1)}~\) \( \vec{\rm OB}=(2~,~2~,~0)~,~\vec{\rm CF}=(2~,~0~,~2) \)


\({\small (2)}~\) \( 4 \)  \({\small (3)}~\) \( 60^{\circ} \)


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p.72 章末問題A 4[証明]

\( \vec{\rm OA}=\vec{a}~,~\vec{\rm OB}=\vec{b}~,~\vec{\rm OC}=\vec{c} \) とおくと、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm OD}&=&\vec{\rm OA}+\vec{\rm OB}
\\[5pt]~~~&=&\vec{a}+\vec{b}~ ~ ~ \cdots {\small [\,1\,]}
\end{eqnarray}\)


また、\( \triangle {\rm ABC} \) の重心が \( {\rm G} \) であることより、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm OG}&=&\displaystyle \frac{\,\vec{\rm OA}+\vec{\rm OB}+\vec{\rm OC}\,}{\,3\,}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c})~ ~ ~ \cdots {\small [\,2\,]}
\end{eqnarray}\)


さらに、\( {\rm M} \) は辺 \( {\rm OC} \) の中点より、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm OM}&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\vec{\rm OC}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\vec{c}~ ~ ~ \cdots {\small [\,3\,]}
\end{eqnarray}\)


\(\small [\,1\,]\)\(\small [\,2\,]\) より、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm DG}&=&\vec{\rm OG}-\vec{\rm OD}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c})-(\vec{a}+\vec{b})
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(\vec{a}+\vec{b}+\vec{c}-3\vec{a}-3\vec{b})
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(-2\vec{a}-2\vec{b}+\vec{c})~ ~ ~ \cdots {\small [\,4\,]}
\end{eqnarray}\)


\(\small [\,1\,]\)\(\small [\,3\,]\) より、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm DM}&=&\vec{\rm OM}-\vec{\rm OD}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\vec{c}-(\vec{a}+\vec{b})
\\[5pt]~~~&=&-\vec{a}-\vec{b}+\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}\vec{c}
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}(-2\vec{a}-2\vec{b}+\vec{c})~ ~ ~ \cdots {\small [\,5\,]}
\end{eqnarray}\)


\(\small [\,4\,]\)\(\small [\,5\,]\) より、


\(\begin{eqnarray}~~~\vec{\rm DG}&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,3\,}(-2\vec{a}-2\vec{b}+\vec{c})
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,2\,}{\,3\,}\cdot\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}(-2\vec{a}-2\vec{b}+\vec{c})
\\[5pt]~~~&=&\displaystyle \frac{\,2\,}{\,3\,}\vec{\rm DM}\hspace{30pt}(\,∵~ {\small [\,5\,]}\,)
\end{eqnarray}\)


したがって、\( \vec{\rm DG}=\displaystyle \frac{\,2\,}{\,3\,}\vec{\rm DM} \) より、


点 \( {\rm G} \) は線分 \( {\rm DM} \) 上にあり、\( {\rm DM} \) を \( 2:1 \) に内分する [終]


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p.72 章末問題A 5\({\small (1)}~\) \( (10~,~0~,~0) \)


解法のPoint|空間の2点から等距離にある点の座標


\({\small (2)}~\) \( \left(\,\displaystyle \frac{\,13\,}{\,3\,}~,~\displaystyle \frac{\,5\,}{\,3\,}~,~2\,\right) \)


解法のPoint|空間内の三角形の重心の位置ベクトル
p.73 章末問題B 6\({\small (1)}~\) \( 150^{\circ} \)  \({\small (2)}~\) \( \sqrt{3} \)


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p.73 章末問題B 7\({\small (1)}~\) \( 0 \)  \({\small (2)}~\) \( 2|\,\vec{\rm BP}\,|+2|\,\vec{\rm HQ}\,| \)
\({\small (3)}~\) \( 8 \)

p.73 章末問題B 8\({\small (1)}~\) \( \cos\alpha=-\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,}~,~\cos\beta=\displaystyle \frac{\,\sqrt{2}\,}{\,2\,}~,~\cos\gamma=\displaystyle \frac{\,1\,}{\,2\,} \)


\({\small (2)}~\) \( \alpha=120^{\circ}~,~\beta=45^{\circ}~,~\gamma=60^{\circ} \)


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p.73 章末問題B 10 中心 \( (2~,~-3~,~3) \)、半径 \( 2\sqrt{6} \)


解法のPoint|球が平面と交わってできる円の方程式
p.73 章末問題B 11 \( 5:3 \)


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