xyz空間内の原点O(0, 0, 0)を中心とし、点A(0, 0, -1)を通る球面をSとする。Sの外側にある点P(x, y, z)に対し、OPを直径とする球面とSとの交わりとして得られる円を含む平面をLとする。点Pと点Aから平面Lへ下した垂線の足をそれぞれQ,Rとする。このとき、PQ≦ARであるような点Pの動く範囲Vを求め、Vの体積は10より小さいことを示せ。
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No.15847 - 2011/11/13(Sun) 18:40:36
| ☆ Re: / ヨッシー | | | 3点A,O,P でこの2つの球を切った断面を考えます。 このとき改めて、OAをy軸、Aを(0,-1) とし、原点を通って y軸に垂直な直線をx軸とします。 Pの座標を(x,y) とすると、Pをy軸周りに回転させた円周が、 実際の空間座標上でのPの存在範囲になります。
球面Sの断面は、x^2+y^2=1 であり、P(xp, yp) とすると、 OPを直径とする球面の断面は x^2−xpx+y^2−ypy=0 であるので、平面Lの断面である直線は、 xpx+ypy−1=0 となります。 この直線と点Pまでの距離PQは PQ=|xp^2+yp^2−1|/√(xp^2+yp^2) Pは球Sの外側にあり、xp^2+yp^2>1 なので、 PQ=(xp^2+yp^2−1)/√(xp^2+yp^2) 一方、点Aからの距離ARは AR=|−yp−1|/√(xp^2+yp^2) PQ≦AR より xp^2+yp^2−1≦|−yp−1|
yp≧−1 のとき、 xp^2+yp^2−1≦yp+1 より xp^2+(yp-1/2)^2≦9/4
yp<−1 のとき xp^2+yp^2−1≦−yp−1 より xp^2+(yp+1/2)^2≦1/4 これより、Pの存在範囲を図示すると、下のようになります。
これよりPの存在範囲は、点(0,0,1/2) 中心、半径3/2 の 球の内部で、 球Sの外部になります。 大きい球の体積は (4/3)π(3/2)^3=9π/2 球Sの体積は4π/3 なので、 9π/2−4π/3=19π/6<10 となります。
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No.15854 - 2011/11/13(Sun) 20:44:52 |
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