よろしくお願いします
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No.49164 - 2018/03/08(Thu) 22:21:06
| ☆ Re: 図形の問題 / X | | | (1) 方針を。 条件から△APQ,△APRは ∠APQ=∠APR=π/2 の直角三角形ですので PQ=PR=t√3 (A) 又、△AQRは正三角形ですので QR=2t (B) (A)(B)を使い、△PQRに余弦定理を適用し まずcos∠QPRを求めます。 その上で (sin∠QPR)^2+(cos∠QPR)^2=1 を用いてsin∠QPRを求めます。 求める半径は△PQRの外接円の半径ですので △PQRにおいて正弦定理を適用します。
(2) (1)の過程から△BPQ,△BPRは ∠BPQ=∠BPR=π/2 の直角三角形ですので円周角により △BPQ,△BPRの外接円の中心は それぞれ辺BQ,BRの中点です。 そこでこれらをそれぞれL,Mとおくと ↑AL=(↑AB+↑AQ)/2={↑AB+(2t/6)↑AC}/2 =(1/2)↑AB+(t/6)↑AC (B) ↑AM=(↑AB+↑AR)/2={↑AB+(2t/6)↑AD}/2 =(1/2)↑AB+(t/6)↑AD (C) さて、正四面体ABCDにおいて各頂点から相対する 面に下ろした垂線の足は相対する面である 正三角形の重心。 ∴△BPQ,△BPRに対する垂線の方向ベクトル をそれぞれ↑v,↑wとすると ↑v=(↑DA+↑DB+↑DC)/3 =(↑AB+↑AC)/3-↑AD (D) ↑w=(↑CA+↑CB+↑CD)/3 =(↑AB+↑AD)/3-↑AC (E) 更に四面体BPQRの外接球の中心をTとすると ↑AT=↑AL+x↑v=↑AM+y↑w (F) (x,yは実数) (D)(E)(F)より ↑AT=(1/2)↑AB+(t/6)↑AC+x{(↑AB+↑AC)/3-↑AD} =(1/2)↑AB+(t/6)↑AD+y{(↑AB+↑AD)/3-↑AC} 整理をして ↑AT=(1/2+x/3)↑AB+(t/6+x/3)↑AC-x↑AD =(1/2+y/3)↑AB-y↑AC+(t/6+y/3)↑AD (G) ここで ↑AB,↑AC,↑ADは互いに↑0ではなく 又 ↑AB,↑AC,↑ADは互いに平行ではなく かつ ↑AB,↑AC,↑ADは同一平面内に存在しません。 よって、(D)において中辺、右辺の ↑AB,↑AC,↑ADの係数を比較する ことができ 1/2+x/3=1/2+y/3 (H) t/6+x/3=-y (I) t/6+y/3=-x (J) (H)(I)(J)を連立して解き (x,y)=(-t/8,-t/8) これと(G)により ↑AT=(1/2-t/24)↑AB+(t/8)↑AC+(t/8)↑AD よって正四面体BPQRの外接円の半径の二乗をzとすると z=|↑BT|^2=|↑AT-↑AB|^2 =|↑AT|^2-2↑AT・↑AB+|↑AB|^2 =|(1/2-t/24)↑AB+(t/8)↑AC+(t/8)↑AD|^2-2((1/2-t/24)↑AB+(t/8)↑AC+(t/8)↑AD)・↑AB+|↑AB|^2 (K) 条件から |↑AB|=|↑AC|=|↑AD|^=6 ↑AB・↑AC=↑AC・↑AD=↑AD・↑AB =|↑AB||↑AC|cos∠BAC =6・6・cos(π/3) =18 となることに注意して(K)を展開して整理をすると z=(11/8)t^2-3t+9 =(11/8)(t-12/11)^2+81/11 (K)' 横軸にt,縦軸にzを取った(K)'のグラフを 0<t≦3 の範囲で描くことにより、zの最小値は 81/11 よって求める半径の最小値は 9/√11 となります。 ((K)と(K)'の間の計算が煩雑です。 もっと簡単な方法があるかもしれません。)
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No.49171 - 2018/03/09(Fri) 09:25:38 |
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