質問<798>
「「球」」
日付 2002/2/26
質問者 ハリーさん


半径1の4個の球が互いに他の球と接するように配置されている。
この4球を内部に納めることができる球のうち最小のものの半径は?

お返事(武田)
日付 2002/2/28
回答者 武田



4個の球の中心A,B,C,Dは、正四面体の頂点となる。

その重心Gが外接球の中心となる。半径GE=rとする。

4個の球の半径は、すべて1である。

\(\overrightarrow{AB}=\overrightarrow{a},\overrightarrow{AC}=\overrightarrow{b},\overrightarrow{AD}=\overrightarrow{c}\) とベクトルで表すと、

重心までのベクトルは、質問<361>より、

\(\overrightarrow{AG}=\frac{1\times \overrightarrow{0}+3\times \frac{1}{3}(\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c})}{3+1}=\frac{\overrightarrow{a}+\overrightarrow{b}+\overrightarrow{c}}{4}\)

\(AG=\left|\) より、2乗して、

\(\left|\)

\(=\frac{1}{16}(\left|\)

\(=\frac{1}{16}(4+4+4+8\cos 60^{o}+8\cos 60^{o}+8\cos 60^{o})\)

\(=\frac{1}{16}(12+24\cdot \frac{1}{2})=\frac{24}{16}=\frac{3}{2}\)

\(AG=\sqrt{\frac{3}{2}}=\frac{\sqrt{6}}{2}\)

したがって、

r=GE=BE+BG=1+AG \(=1+\frac{\sqrt{6}}{2}=\frac{2+\sqrt{6}}{2}\) ………(答)