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■36399 / inTopicNo.1)  ベクトルで解こうとしたら…
  
□投稿者/ 数学勉強者 一般人(12回)-(2008/10/18(Sat) 22:30:48)
    一辺の長さが1の正四面体OABCがある。3点P,Q,RがそれぞれOA,OB,OC上(ただし、両端は除く)をOP=OQ=CRを満たして動くとき四面体OPQRの体積の最大値を求めよ。

    OP=tOA,OQ=tOQ,OR=(1-t)OC(ベクトルの↑は省略)として考えたのですが、
    三角形PQRをtを用いて表すことには成功しました(0<t<1).ところが高さを求めるところで行き詰ってしまいました。
    この問題をベクトルで解くことは不可能なのでしょうか…

    だとしたら、ほかにどのような解法が考えられますか?
    アドバイス・ご指導のほどよろしくお願い申しあげます
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■36400 / inTopicNo.2)  Re[1]: ベクトルで解こうとしたら…
□投稿者/ miyup 大御所(609回)-(2008/10/18(Sat) 23:07:42)
    No36399に返信(数学勉強者さんの記事)
    > 一辺の長さが1の正四面体OABCがある。3点P,Q,RがそれぞれOA,OB,OC上(ただし、両端は除く)をOP=OQ=CRを満たして動くとき四面体OPQRの体積の最大値を求めよ。
    >
    > OP=tOA,OQ=tOQ,OR=(1-t)OC(ベクトルの↑は省略)として考えたのですが、
    > 三角形PQRをtを用いて表すことには成功しました(0<t<1).ところが高さを求めるところで行き詰ってしまいました。

    四面体OPQRの底面を△OPQ とみればどうですか?(高さは点Rから垂線を下ろす)

    別解として
    四面体OPQR=t・t・(1-t)・四面体OABC
    とできます。
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■36401 / inTopicNo.3)  Re[2]: ベクトルで解こうとしたら…
□投稿者/ 数学勉強者 一般人(13回)-(2008/10/18(Sat) 23:57:43)
    別解なんですが、それはどのように理解したらよいのでしょうか…
    もう少し詳しく教えていただけませんか?

    底面を三角形OPQとみなす理由はPQ平行ABだからでしょうか?

    それと、Rから垂線PHを下ろすとして
    ベクトルRH⊥(平面OPQ)の条件で高さを求めるのに十分ですよね。

    返信お待ちしております。
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■36405 / inTopicNo.4)  Re[3]: ベクトルで解こうとしたら…
□投稿者/ miyup 大御所(610回)-(2008/10/19(Sun) 10:11:50)
    2008/10/19(Sun) 10:16:39 編集(投稿者)

    No36401に返信(数学勉強者さんの記事)
    > 別解なんですが、それはどのように理解したらよいのでしょうか…
    > もう少し詳しく教えていただけませんか?

    四面体OPQRに対して、点A,B,Cを辺OP,OQ,OR上にとる。
    辺OP,OQ,ORの長さが辺OA,OB,OCのa倍,b倍,c倍であるとき
    四面体OPQRの体積は、四面体OABCの体積のabc倍である。

    > 底面を三角形OPQとみなす理由はPQ平行ABだからでしょうか?

    平面OPQと平面PQRでは、どちらが垂直なベクトルを作りやすいですか?
    どうすれば簡単に体積が求められるかを考えれば、底面を△OPQとしたほうが有利でしょう。

    > それと、Rから垂線PHを下ろすとして
    > ベクトルRH⊥(平面OPQ)の条件で高さを求めるのに十分ですよね。

    そのとおりですが、ベクトルRH⊥平面OAB と考えた方がラクです。
    別の考え方として
    点Cから垂線を△OABに落とすと、△OABの重心Iに落ちますが
    △ROHと△COIは相似であることを利用できます。

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■36407 / inTopicNo.5)  Re[4]: ベクトルで解こうとしたら…
□投稿者/ 数学勉強者 一般人(14回)-(2008/10/19(Sun) 10:37:28)
    解答全体の方向性は理解できましたので、部分的なところで質問をさせてください。

    >>四面体OABCの体積のabc倍
    これは定理のようなものですか?理屈で考えようとしてもうまく理解できなかったのですが・・・(四面体の体積=底面積×高さ×1/3 ←これをどう使えばよいのでしょう)
    ※教科書、チャート(青)を調べてみましたが、掲載されていませんでした

    >>底面を△OPQとしたほうが有利
    では、三角形OQRを比較対象にした場合はどのように考えますか?
    仮にOQ=ORが成立していたら、こちらを底面としてもよいですよね?
    すると、やはり自分が上に書いたように「OP=OQ⇔PQ‖AB」
    という条件が効いてくるのではないでしょうか・・・・

    返信お待ちしております。

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■36408 / inTopicNo.6)  Re[5]: ベクトルで解こうとしたら…
□投稿者/ miyup 大御所(611回)-(2008/10/19(Sun) 10:51:56)
    No36407に返信(数学勉強者さんの記事)
    > >>底面を△OPQとしたほうが有利
    > では、三角形OQRを比較対象にした場合はどのように考えますか?
    > 仮にOQ=ORが成立していたら、こちらを底面としてもよいですよね?

    △OPQ,△OQR,△ORPのどれでも底面と見ることができます。
    OP=OQである必要はありませんし、PQ‖ABである必要もありません。
    あえていうなら
    OP,OQ(=t) を使った方が式が短くなる程度でしょうか。

    > >>四面体OABCの体積のabc倍
    > これは定理のようなものですか?理屈で考えようとしてもうまく理解できなかったのですが・・・(四面体の体積=底面積×高さ×1/3 ←これをどう使えばよいのでしょう)

    ただの比の問題です。
    (底面)△OPQと△OABの面積比
    (高さ)Rから下ろした垂線とCから下ろした垂線の長さの比
    を考えればわかります。
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■36443 / inTopicNo.7)  Re[6]: ベクトルで解こうとしたら…
□投稿者/ 数学勉強者 一般人(15回)-(2008/10/20(Mon) 23:03:21)
    miyupさん、懇切丁寧な解説をいただきありがたく存じます。

    おかげでよく理解できました^^
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