質問<786>
「「ベクトルの論証問題」」
日付 2002/2/15
質問者 3年10組12番


二次試験までとうとう10日になりました。はやいものですな。
まあ、それはいいとして、おそらく質問するのは、今日で最後
になると思います。(浪人したら話は別)
学校の宿題で出された問題です。考えても全然分かりませんで
した。この問題を解いてください。

平地に 3 本のテレビ塔がある.ひとりの男がこの平地の異なる
3 地点 A,B,C に立って,その先端を眺めたところ,どの地点
でもそのうち2本の先端が重なって見えた.
このとき A,B,C は一直線上になければならない.
この理由を述べよ.

という問題です。これはベクトルを使って証明すると言われま
したけど、さっぱりです。宜しくお願いします。

お返事(武田)
日付 2002/2/16
回答者 武田


※CharlieBrownさんから、私の解答の下にアドバイスを頂きました。
感謝!!



メネラウスの定理を利用して、ベクトルを使って、
証明してみよう。

\(\frac{13}{32}\cdot \frac{2C}{CA}\cdot \frac{AB}{B1}=-1\)

\(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{a}\) とおくと、

\(\frac{\overrightarrow{13}}{\overrightarrow{32}}\cdot \frac{-m\overrightarrow{b}}{-\overrightarrow{b}}\cdot \frac{\overrightarrow{a}}{n\overrightarrow{a}}=-1\)

\(\overrightarrow{13}=-\frac{n}{m}\overrightarrow{32}\)

したがって、 \(\overrightarrow{13}=k\overrightarrow{23}\) より、

3人は一直線上にいる。

お便り
日付 2002/2/18
回答者 charliebrown


この問題は空間図形の問題なので、最終的にはメネラウスの定理の逆を
用いますが、まず初めに塔の高さと3地点の位置関係を考察する必要が
あります。

平地に立っている「高さの異なる」3本のテレビ塔があるとします。その
うちの2本に注目した場合、高さの異なる塔の先端が重なって見える場所
が平地内に1箇所存在します。
     P'
   Q'/|
   / |
  /|q |p
 / | |
∠――┴―┘
A Q P
図のように、2本の塔PP'とQQ'では、平地上の点Aから見ると先端が重なっ
て見えます。このとき、塔の高さをそれぞれp、qとすると、三角形の相似
から、
AQ QQ' q
---=---=--
AP PP' p
が成り立ちます。

塔の立っている平地上の点をP、Q、Rとし、各々の塔の先端をP'、Q'、R'
とします。塔の高さをPP'=p、QQ'=q、RR'=rとします。また、P'とQ'
の重なって見える点をA、Q'とR'の重なって見える点をB、R'とP'の重な
って見える点をCとします。
上と同じようにして、相似の関係から、
AQ QQ' q BQ QQ' q CR RR' r
---=---=-- ---=---=-- ---=---=--
AP PP' p ,BR RR' r, CP PP' p
が成り立ちます。
よって、平地上の6点、A、B、C、P、Q、Rについて、
PA QB RC p q r
---・---・---=--・--・--=1
AQ BR CP q r p
となるので、メネラウスの定理の逆から、3点A、B、Cは一直線上にある
ことがわかります。

ちなみに、メネラウスの定理の逆は次のようなものです。
「三角形PQRの3辺PQ、QR、RPまたはその延長上にある点をそれぞれA、B、
Cとする。ただしA、B、Cはどれも三角形の頂点P、Q、Rのどれとも重なら
ないものとする。このとき、
PA QB RC
---・---・---=1
AQ BR CPが成り立てば、3点A、B、Cは一直線上にある。」
証明はベクトルを使えば容易です。

お便り
日付 2002/6/8
回答者 d3


その前に,ギモンに思っていることがあります.

「テレビ塔の3つの先端を含む平面は1つに決まり,
 この平面上に3点A,B,Cがあるわけですが,
 このA,B,Cの3点は地面の平面上にもあるわけです.
 となると,
 先端を含む平面と地面の平面の共通部分に,
 3点は存在することになって,
 もちろん共通部分は直線なので,A,B,Cは一直線上にある.」
これではいけませんか?