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ベクトルの内積★★☆高校数II・B・C

ベクトルの内積となす角

問題

平面上のベクトル a,b\vec{a}, \vec{b}a=6|\vec{a}|=6, b=4|\vec{b}|=4, a+b=219|\vec{a}+\vec{b}|=2\sqrt{19} を満たすとき、次の問いに答えよ。

(1) ab\vec{a}\cdot\vec{b} の値を求めよ。

(2) a\vec{a}b\vec{b} のなす角 θ\theta (0θ1800^\circ \le \theta \le 180^\circ) を求めよ。

(3) a+tb\vec{a}+t\vec{b}ab\vec{a}-\vec{b} が垂直になるような実数 tt の値を求めよ。

解答

(1) ab=12\vec{a}\cdot\vec{b} = 12 (2) θ=60\theta = 60^\circ (3) t=6t = 6

解説

(1) a+b2=a2+2ab+b2|\vec{a}+\vec{b}|^2 = |\vec{a}|^2 + 2\vec{a}\cdot\vec{b} + |\vec{b}|^2 より (219)2=36+2ab+16(2\sqrt{19})^2 = 36 + 2\vec{a}\cdot\vec{b} + 16 76=52+2ab76 = 52 + 2\vec{a}\cdot\vec{b} 2ab=242\vec{a}\cdot\vec{b} = 24 ab=12\vec{a}\cdot\vec{b} = 12

(2) cosθ=abab=126×4=12\cos\theta = \dfrac{\vec{a}\cdot\vec{b}}{|\vec{a}||\vec{b}|} = \dfrac{12}{6\times 4} = \dfrac{1}{2} 0θ1800^\circ \le \theta \le 180^\circ の範囲で cosθ=12\cos\theta = \dfrac{1}{2} を満たすのは θ=60\theta = 60^\circ

(3) 垂直条件より (a+tb)(ab)=0(\vec{a}+t\vec{b})\cdot(\vec{a}-\vec{b}) = 0 展開すると a2ab+tabtb2=0|\vec{a}|^2 - \vec{a}\cdot\vec{b} + t\,\vec{a}\cdot\vec{b} - t|\vec{b}|^2 = 0 数値を代入して 3612+12t16t=036 - 12 + 12t - 16t = 0 244t=024 - 4t = 0 t=6t = 6

自己採点

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