平面ベクトル

ベクトルの内積と角度

平面ベクトルの「ベクトルの内積と角度」を、答えを先に押さえてから理解できる形に整理したページです。学習の流れを短く確認できます。

数学C 約9分 難易度 1

このページのまとめ

先に押さえておくこと

ベクトルの内積と角度の要点をまとめたページです。先に答えを確認してから、解き方とつまずきやすい点を順にたどれます。

答えの要点

平面ベクトルの答えと条件を先に確認できます。

  • テーマ: ベクトルの内積と角度
  • ポイント: 平面ベクトルの基礎を短く確認しやすく、検索から入ってもそのまま理解まで進めやすい記事です。
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問題

3A(2,1),B(0,5),C(3,4)3点A(-2,1),B(0,5),C(-3,4)について以下の値を求めよ。

(1)AB,  ACの成分とその大きさ(1)\quad \vec{AB},\;\vec{AC}の成分とその大きさ
(2)内積ABACの値(2)\quad 内積\vec{AB}\cdot \vec{AC}の値
(3)BACの大きさ(3)\quad \angle{BAC}の大きさ

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(1)(1)
AB=(2,  4),AB=4+16=25\vec{AB}=\underline{(2,\; 4)},\quad |\vec{AB}|=\sqrt{4+16}=\underline{2\sqrt{5}}
AC=(1,  3),AC=1+9=10\vec{AC}=\underline{(-1,\; 3)},\quad |\vec{AC}|=\sqrt{1+9}=\underline{\sqrt{10}}
(2)ABAC=10(2)\quad \vec{AB} \cdot \vec{AC}=\underline{10}
(3)BAC=45°(3)\quad \angle{BAC} = \underline{45°}

解説

ベクトルの内積と角度の問題について解説します。

(1)AB,  ACの成分とその大きさ(1)\quad \vec{AB},\;\vec{AC}の成分とその大きさ

ベクトルの成分は終点から始点の座標を引くことで求められます。

ABB{ \vec{AB}}は{ B}の座標からAAの座標を引けばよいのでAB={0(2),  51)}\vec{AB}=\{0-(-2),\; 5-1)\} =(2,  4)=(2,\;4)となります。

よって、大きさはAB|\vec{AB}|=22+42=25=\sqrt{2^2+4^2}=2\sqrt{5}となります。

同様にAC\vec{AC}C{ C}の座標からA{ A}の座標を引けばよいのでAC=3(2),  41=(1,  3)\vec{AC}={-3-(-2),\; 4-1}=(-1,\; 3)となり、

大きさはAC=12+32=10|\vec{AC}|=\sqrt{1^2+3^2}=\sqrt{10}となります。

AB=(2,  4),AB=4+16=25\vec{AB}=\underline{(2,\; 4)},\quad |\vec{AB}|=\sqrt{4+16}=\underline{2\sqrt{5}}
AC=(1,  3),AC=1+9=10\vec{AC}=\underline{(-1,\; 3)},\quad |\vec{AC}|=\sqrt{1+9}=\underline{\sqrt{10}}

と求めることができました。

(2)内積ABACの値(2)\quad 内積\vec{AB}\cdot \vec{AC}の値

はじめに内積の公式を確認しておきましょう。

この問題ではベクトルは成分表示されているので、公式に当てはめると

ABAC=2(1)+43=10\vec{AB}\cdot \vec{AC}=2\cdot (-1)+4\cdot 3=\underline{10}となります。

(3)BACの大きさ(3)\quad \angle{BAC}の大きさ

ab=abcosθより、{ \vec{a} \cdot \vec{b} = |\vec{a}||\vec{b}|\cos \theta}より、 2つのベクトルの大きさと内積が分かっていればcosθの値が{ \cos\theta}の値が分かります。

cosθ\cos\thetaの値が分かればθ\thetaの値を求められそうですね。

ab=abcosθ\vec{a} \cdot \vec{b} = |\vec{a}||\vec{b}|\cos \thetaを変形するとcosθ=abab\cos\theta =\frac{\vec{a} \cdot \vec{b} }{|\vec{a}||\vec{b}|}となるので(1)(2)(1)と(2)で求めた値を代入して、

cosθ=1025×10=12\cos\theta =\frac{10}{2\sqrt{5}\times \sqrt{10}}=\frac{1}{\sqrt{2}}

よって、θ=45°\underline{\theta =45°}となります。

ベクトルの分野で角度を求める問題は頻出するよ。

この問題では(1)と(2)が(3)で角度を求めるための過程を誘導する問題になっているね。

誘導がなくても角度を求められるようにたくさん問題を解いて練習してね!

このページのまとめ

ここではベクトルの内積と角度の問題について解説しました。

ベクトルの問題で「角度」という言葉を聞いたら、すぐに内積を思い出せるといいですね。

ベクトルの角度を求める問題は必ず解けるようになりましょう!

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