AB=3,AC=5,cos∠BAC=1/3を満たす△ABCを底面とし、頂点をPとする四面体PABCが半径3の球面に内接している。
1.点Pが球面上を動き、辺APの長さが最大となるとき、辺BPの長さを求めよ。
2.点Pが球面上を動くとき、四面体PABCの体積の最大値を求めよ。
この問題が分からないので教えて下さい。宜しくお願いします。
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No.6569 - 2009/07/05(Sun) 20:58:06
| ☆ Re: / ヨッシー | | | まず、色んなわかる数値を計算していきましょう。 △ABCの面積=(1/2)AB・ACsin∠BAC =(1/2)・3・5・2√2/3=5√2 BC2=9+25−2・3・5(1/3)=24 より BC=2√6 △ABCの外接円の直径=BC/sin∠BAC=2√6÷2√2/3 =3√3 →半径は3√3/2 △ABCを含む平面と、半径3の球の中心との距離 =√{32−(3√3/2)2} =3/2 △ABCの外接円の中心と、ACとの距離 =√{(3√3/2)2−(5/2)2} =√2/2
以上より、 A(-5/2, -√2/2, -3/2) B(-3/2, 3√2/2,-3/2) C(5/2,-√2/2, -3/2) とおくと、半径3の球の中心は(0,0,0) となります。
1. APが最大のとき、APが球の直径になるので、 P(5/2, √2/2, 3/2) であり、 BP2=42+√22+32 =27 BP=3√3 2. Pが△ABCからもっとも離れたとき体積最大なので、 P(0,0,3) △ABCを底面としたときの高さは、 3/2+3=9/2 よって、求める体積は、 5√2×9/2÷3=15√2/2
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No.6573 - 2009/07/05(Sun) 22:32:37 |
| ☆ Re: / angel | | | 既にヨッシーさんが解説されていますが、図を作ってみたので載せます。 立体的にある程度状況を把握するために図を描き、細部に関しては重要なところに着目して平面図を描くのが良いと思います。
今回球が絡みますので、重要な点としては、「球の中心から平面に下ろした垂線の足は、球とその平面の交わり(円)の中心」となります。 ※図中 E としています。これは同時に△ABCの外心となります。
また、(1)では、AP最大となるPに関して、Pから平面ABCに下ろした垂線の足Qも登場させています。 AO=OPからAE=EQとなること、また、AQが△ABCの外接円の直径となることから、△ABQが直角三角形となります。 また、PQ=2OEとなること、△PBQが直角三角形となることから、PBを求めることができます。
(2)については、P,O,Eが一直線になるときが体積最大です。
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No.6575 - 2009/07/06(Mon) 00:17:58 |
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