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ベクトル方程式(ほうていしき)

ゾウ先生ベクトル方程式(ほうていしき)のtは、点(てん)Pを直線(ちょくせん)や円(えん)の上(うえ)で動(うご)かすためのスイッチのような数(かず)だよ。tを変(か)えるとPの場所(ばしょ)が変(か)わる。

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  1. 点(てん)Aを通(とお)り、方向(ほうこう)ベクトルdに平行(へいこう)な直線(ちょくせん)のベクトル方程式(ほうていしき)は、p=a+tdになる(tは実数(じっすう)(新しいタブで開きます))。
  2. 2点(てん)A,Bを通(とお)る直線(ちょくせん)なら、p=(1−t)a+tbになる。
  3. 中心(ちゅうしん)C、半径(はんけい)rの円(えん)のベクトル方程式(ほうていしき)は、|p-c|=rになる。

詳しく

公式(こうしき)

点(てん)Aを通(とお)り、方向(ほうこう)ベクトルd⃗\vec{d}に平行(へいこう)な直線(ちょくせん)を考(かんが)えよう。

直線上(ちょくせんじょう)の点(てん)Pの位置(いち)ベクトル(新しいタブで開きます)をp⃗\vec{p}とする。

実数(じっすう)tを使(つか)うとp⃗=a⃗+td⃗\vec{p}=\vec{a}+t\vec{d}と表(あらわ)せる。

これを直線(ちょくせん)のベクトル方程式(ほうていしき)という。

2点(てん)A,Bを通(とお)る直線(ちょくせん)を考(かんが)えよう。

方向(ほうこう)ベクトルはd⃗=b⃗−a⃗\vec{d}=\vec{b}-\vec{a}にとれる。

このときp⃗=(1−t)a⃗+tb⃗\vec{p}=(1-t)\vec{a}+t\vec{b}になる。

中心(ちゅうしん)C、半径(はんけい)rの円(えん)を考(かんが)えよう。

円(えん)のベクトル方程式(ほうていしき)は∣p⃗−c⃗∣=r|\vec{p}-\vec{c}|=rになる。

中心C、半径rの円のベクトル方程式Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

例題(れいだい)

例題(れいだい):点(てん)A(1,2)を通(とお)り、方向(ほうこう)ベクトル(3,1)に平行(へいこう)な直線(ちょくせん)を考(かんが)える。

p⃗=a⃗+td⃗\vec{p}=\vec{a}+t\vec{d}に当(あ)てはめよう。

p⃗=(1,2)+t(3,1)\vec{p}=(1,2)+t(3,1)になる。

成分(せいぶん)で書(か)くとx=1+3tx=1+3t、y=2+ty=2+tになる。

なぜそうなるか

2点(てん)A,Bを通(とお)る直線(ちょくせん)の式(しき)を導(みちび)いてみよう。

方向(ほうこう)ベクトルはd⃗=b⃗−a⃗\vec{d}=\vec{b}-\vec{a}にとれる。

これをp⃗=a⃗+td⃗\vec{p}=\vec{a}+t\vec{d}に代入(だいにゅう)する。

p⃗=a⃗+t(b⃗−a⃗)\vec{p}=\vec{a}+t(\vec{b}-\vec{a})が求(もと)まった。

右辺(うへん)を整理(せいり)するとp⃗=(1−t)a⃗+tb⃗\vec{p}=(1-t)\vec{a}+t\vec{b}になる。

t=0ならP=A、t=1ならP=Bになる。

点Aを通り、方向ベクトルdに平行な直線Asatte Studio(Manazoo)/オリジナル(コードで作図)

確認問題

問題 1 / 4点(てん)A(2,−1)を通(とお)り、方向(ほうこう)ベクトル(3,2)に平行(へいこう)な直線上(ちょくせんじょう)で、t=2のときの点(てん)Pのx座標(ざひょう)を求(もと)めよ。

確認問題(解答用紙)

この問題を端末で解くための QR コード

スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。

https://manazoo.com/math/vector-equations/?from=print#quiz

  1. 点(てん)A(2,−1)を通(とお)り、方向(ほうこう)ベクトル(3,2)に平行(へいこう)な直線上(ちょくせんじょう)で、t=2のときの点(てん)Pのx座標(ざひょう)を求(もと)めよ。

    答え:____________

    正解:8
    p=a+tdに当(あ)てはめる。x座標(ざひょう)は2+2×3=8。

  2. A(0,0)、B(10,6)を通(とお)る直線上(ちょくせんじょう)で、p=(1−t)a+tbのt=(1/2)のときの点(てん)Pのx座標(ざひょう)を求(もと)めよ。

    答え:____________

    正解:5
    式(しき)に当(あ)てはめる。x=(1−(1/2))×0+(1/2)×10=0+5=5。

  3. 中心(ちゅうしん)C(2,3)の円(えん)が点(てん)P(5,7)を通(とお)るとき、この円(えん)の半径(はんけい)rを求(もと)めよ。

    答え:____________

    正解:5
    r=|p-c|に当(あ)てはめる。r=√((5−2)²+(7−3)²)=√(9+16)=√25=5。

  4. 中心(ちゅうしん)C、半径(はんけい)rの円(えん)のベクトル方程式(ほうていしき)として正(ただ)しいものはどれか。

    • ◯ p-c=r
    • ◯ p=c+r
    • ◯ |p-c|=r
    • ◯ |p|+|c|=r

    正解:|p-c|=r
    円(えん)は中心(ちゅうしん)Cから距離(きょり)rにある点(てん)Pの集(あつ)まりだ。点(てん)Pと中心(ちゅうしん)Cの距離(きょり)は|p-c|なので、|p-c|=rになる。

単元のポイント

  • 直線(ちょくせん)のベクトル方程式(ほうていしき) p=a+td(Aを通(とお)り、dに平行(へいこう))
  • 2点(てん)を通(とお)る直線(ちょくせん)の式(しき) p=(1−t)a+tb
  • 円(えん)のベクトル方程式(ほうていしき) |p-c|=r(中心(ちゅうしん)C、半径(はんけい)r)
問題を解く
単元のポイント
  • 直線(ちょくせん)のベクトル方程式(ほうていしき) p=a+td(Aを通(とお)り、dに平行(へいこう))
  • 2点(てん)を通(とお)る直線(ちょくせん)の式(しき) p=(1−t)a+tb
  • 円(えん)のベクトル方程式(ほうていしき) |p-c|=r(中心(ちゅうしん)C、半径(はんけい)r)