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「平面の方程式」と「点と面の距離の公式」(四面体の体積)[2022昭和大学・薬・歯]

ベクトル

【2022昭和大学・薬・歯(一部)】

\(3\) 点 \(A(3,0,0)\),\(B(0,1,0)\),\(C(0,0,2)\) の定める平面を \(\alpha\) とし,原点 \(O\) から平面 \(\alpha\) に垂線 \(OH\) を下ろす.垂線 \(OH\) の長さを求めよ.

考え方(平面の方程式について)

本問では,四面体 \(OABC\) の体積に注目して,

① \(\triangle OAB\) を底面,\(OC\) を高さ

② \(\triangle ABC\) を底面,\(OH\) を高さ

と \(2\) 通りで考えて処理すれば求めることができる典型・頻出問題ですね!

ただここでは,この解法ではなく,「平面の方程式,点と面の距離の公式」を利用した解法を紹介!難関大学では頻出の考え方になりますので,この問題で演習を!

平面の方程式

公式の証明や使い方などについては、「平面の方程式・点と平面の距離・空間上の直線の方程式・外積の公式まとめ・例題演習」を参考にしてください!

参考(\(x\)切片,\(y\)切片,\(z\)切片を通る平面の方程式)

本問では \(A(3,0,0)\) , \(B(0,1,0)\) , \(C(0,0,2)\) を通る平面 \(ABC\) の方程式だからすぐに求められますね!

点と平面の距離の公式・証明

点と直線の距離の公式の形に似ているので,覚えるのは比較的簡単ですね!

公式の証明等については、「平面の方程式・点と平面の距離・空間上の直線の方程式・外積の公式まとめ・例題演習」を参考にしてください。

 

【2021京都大学(理)】平面に対称な点|平面の方程式の利用|数学B空間ベクトル
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【2022九州大学】平面に対称な点|外積・平面の方程式・点と面の距離の公式|差がつく良問
学校では学習しないが入試頻出の差がつくテーマ。数学B空間ベクトル。2次試験対策。平面の方程式と平面に関して対称な点。頻出・重要問題。外積、平面の方程式、点と面の距離の公式の利用。

解答・解説

平面 \(\alpha\) の方程式は

\(\displaystyle\frac{x}{3}+y+\displaystyle\frac{z}{2}=1\)

\(\iff\) \(2x+6y+3z-6=0\)

原点 \(O\) から平面 \(\alpha\) までの距離は

\(OH=\displaystyle\frac{|2\cdot 0+6\cdot 0+3\cdot 0-6|}{\sqrt{2^2+6^2+3^2}}=\displaystyle\frac{6}{7}\)

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