空間内に3点A(1,3,-1),B(-1,2,2),C(2,0,1)をとる。 点Pをxy平面上の単位円周上を動く点とする。四面体PABCの体積の最大値を求めよ。
(自分の考え) 三角形ABCを底面とみなすと、その面積は(7/2)√3 よって体積最大⇔四面体の高さ最大 である。 いま、P(cosθ、sinθ、0)とおく。Pから平面ABC上に下ろした垂線の足をHとおく。 一方、平面ABCの法線ベクトル↑nはtを実数として ↑n=t(1,1,1)とあらわされる。 よって↑PH=t(1,1,1)となるある実数tが存在すると考えられる。 以降、Hが平面ABC上にある条件などを考えて計算していったのですが、徒に文字が多くなってしまい、処理できませんでした。 計算で正面突破を図るのは無謀でしょうか?
また、なにかほかにやり方があったら参考にさせてください。
よろしくお願いします。
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No.3882 - 2008/11/14(Fri) 23:42:52
| ☆ Re: ベクトル / ヨッシー | | | >↑PH=t(1,1,1)となるある実数tが存在すると考えられる。 tは必ず存在します。ただ、それが最大かどうかを、判断しないと いけません。 結局、Hの座標を出して、PHの長さを吟味することに なると思いますが、それなら、ABCを含む平面の式を出して、 (法線ベクトルがわかっているので、すぐですね?)、 その平面と、点Pの距離を距離の公式により出すのが早いでしょう。
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No.3884 - 2008/11/15(Sat) 00:01:57 |
| ☆ Re: ベクトル / Jez-z | | | 距離の公式は初めて知りました(数?UBしか習っていない者なので…)しかし、解説を読むと意外と納得できました。これは大学入試で使ってもよいのでしょうか…。証明は時間があったら書いておいた方がいいですよね?(と言いますのも、これは教科書に書いていないので、自明とするには抵抗があるからです)
平面ABCの方程式は 平面上の任意の点を(x,y,z)とすると、この平面は例えば、 点(1,3,-1)を通るので!? (1,1,1)・(x-1,y-3,z+1)=0 ⇔x-1+y-3+z+1=0 ⇔x+y+z=3
以下上の公式を用いて最大を調べる。
ちなみに、「Hの座標を出して」の方針についても 教えてもらえませんか?(たぶんこれが自分の当初の方針に近い(ような)気がしますので・・・)
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No.3886 - 2008/11/15(Sat) 00:57:25 |
| ☆ Re: ベクトル / ヨッシー | | | 点Pを通って、(1,1,1) に平行な直線の式は x=cosθ+t、y=sinθ+t、z=t これを、x+y+z=3 に代入して、 cosθ+sinθ+3t=3 t=1−(cosθ+sinθ)/3 一方、Hの座標はこのtを使って、 (cosθ+t, sinθ+t, t) と書けるので、PHの距離は、 PH2=3t2 PH=√3|t| よって、|t|が最大のときPHは最大です。 t=1−(cosθ+sinθ)/3=1−√2sin(θ+π/4)/3 より、sin(θ+π/4)=−1 のとき、tは最大になります。 (以下略)
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No.3890 - 2008/11/15(Sat) 04:23:28 |
| ☆ Re: ベクトル / Jez-z | | | ヨッシーさん、ありがとうございます。
自分は、Hの座標をtで表せなかったので、求められなかったみたいです。
ちなみに、当初の考えていた方針を紹介すると、 Hが平面ABC上にある条件から AH=αAB+βACとして OH=OA+αAB+βAC とする考え方です。
一応聞いておくと、上のやり方でも「解くこと」は可能なのでしょうか?(計算は半端ないですけど…) 所見では、「未知数に相当する方程式が立たず挫折」が結論なのですが・・・ 本題が解決したあとにこのような質問をして尻切れトンボのようになってしまいすいません。最後にこれについて言及願えませんか?
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No.3923 - 2008/11/16(Sun) 13:59:08 |
| ☆ Re: ベクトル / ヨッシー | | | それは、とても大変ですね。 最大であることを表現するのが、難しいと思います。
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No.3926 - 2008/11/16(Sun) 18:50:51 |
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