慶大理工数学'12年[4]

ABCDEを1辺の長さが1の正方形ABCDを底面とし、4個の正三角形を側面とする正四角錐とする。
(1) △CDEの重心をGとする。ベクトルを,,で表すと、 セ となる。
(2) でないベクトルが平面α上の任意のベクトルと垂直なとき、は平面αと垂直であるという。 (a,b,cは実数)が△CDEを含む平面と垂直なとき、a:b:c =  ソ である。よって、かつとなるようにa,b,cを定めると、 タ となる。
(3) 正四角錐ABCDEの△CDEに、各辺の長さが1の正四面体CDEFを貼り付ける。ベクトルを,,で表すと、 チ となる。また、Hを辺ECの中点とすると、 ツ であり、△AHFの面積は テ である。


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解答 (3)は、まともでは大変なので、工夫が必要です。なお、空間ベクトルを参照してください。

(1)(セ)
より、
......[答]

(2)(ソ) ,,
△CDEを含む平面上の2つのベクトル,はと垂直です。より、
 ・・・�@

 ・・・�A
�@より、,�Aに代入して、
∴

よって、
a:b:c = ::1 = :1:2 ......[答]
(タ) ,として、

∴
よって、
......[答]

(3)(チ) も△CDEと垂直なので、とは平行です。従って、
CDの中点をMとして、正三角形CDEの高さは、

より、
とのなす角は鋭角なので、となるのであれば、で、です。
よって、

......[答]
これとより、四角形ADFEはひし形です。また、は正三角形CDEの高さの2倍で、
(ツ) (チ)の結果を用いて、


......[答]

△AHFの面積Sは、より、
......[答](三角形の面積を参照)


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