空間ベクトル

直線のベクトル方程式(空間)

空間の直線の表現

空間ベクトルの「直線のベクトル方程式(空間)」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。「空間の直線の表現」でつまずきやすい点も含めて、学習の流れを短く確認できます。

数学C 約8分 難易度 2

このページのまとめ

先に押さえておくこと

直線のベクトル方程式(空間)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

空間の直線の表現の答えと条件を先に確認できます。

  • テーマ: 空間の直線の表現
  • ポイント: 空間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

(1)(1)\quad点A(1,2,−1)A(1, 2, -1)を通り、方向ベクトルd⃗=(2,−1,3)\vec{d}=(2, -1, 3)の直線の方程式を求めよ。

(2)2(2)\quad 2点A(1,3,2),  B(3,−1,4)A(1, 3, 2),\; B(3, -1, 4)を通る直線の方程式を求めよ。

(3)(2)(3)\quad (2)の直線上の点でzz座標が88である点の座標を求めよ。

答えを見る

(1)  x−12=y−2−1=z+13‾(1)\; \underline{\frac{x-1}{2}=\frac{y-2}{-1}=\frac{z+1}{3}}
(2)  x−12=y−3−4=z−22‾(2)\; \underline{\frac{x-1}{2}=\frac{y-3}{-4}=\frac{z-2}{2}}
(3)  (7,−9,8)‾(3)\; \underline{(7, -9, 8)}

解説

空間における直線のベクトル方程式について解説します。

(1)(1)\quad点A(1,2,−1)A(1, 2, -1)を通り、方向ベクトルd⃗=(2,−1,3)\vec{d}=(2, -1, 3)の直線の方程式を求めよ。

通る点と方向ベクトルが与えられているので、公式にそのまま当てはめることができます。

媒介変数表示では

{x=1+2ty=2−tz=−1+3t\begin{cases} x=1+2t \\ y=2-t \\ z=-1+3t \end{cases}

となります。ttを消去すると

x−12=y−2−1=z+13‾\underline{\frac{x-1}{2}=\frac{y-2}{-1}=\frac{z+1}{3}}

zzの部分でz−(−1)=z+1z-(-1)=z+1となることに注意しよう。符号のミスが起きやすいところだよ。

(2)2(2)\quad 2点A(1,3,2),  B(3,−1,4)A(1, 3, 2),\; B(3, -1, 4)を通る直線の方程式を求めよ。

22点を通る直線はどうやって求めるんですか?

22点が分かれば方向ベクトルが求められるよね。AB⃗\vec{AB}が方向ベクトルになるんだ。

方向ベクトルとしてAB⃗\vec{AB}を求めます。

AB⃗=OB⃗−OA⃗=(3−1,  −1−3,  4−2)=(2,−4,2)\vec{AB}=\vec{OB}-\vec{OA}=(3-1,\; -1-3,\; 4-2)=(2, -4, 2)

点A(1,3,2)A(1, 3, 2)を通り方向ベクトル(2,−4,2)(2, -4, 2)の直線なので

x−12=y−3−4=z−22‾\underline{\frac{x-1}{2}=\frac{y-3}{-4}=\frac{z-2}{2}}

方向ベクトル(2,−4,2)(2, -4, 2)は(1,−2,1)(1, -2, 1)と簡単にすることもできるよ。どちらで書いてもOKだよ。

(3)(2)(3)\quad (2)の直線上の点でzz座標が88である点の座標を求めよ。

(2)(2)の直線を媒介変数表示で書くと

{x=1+2ty=3−4tz=2+2t\begin{cases} x=1+2t \\ y=3-4t \\ z=2+2t \end{cases}

となります。z=8z=8とすると2+2t=82+2t=8、つまりt=3t=3です。

これをx,yx, yに代入すると

x=1+2×3=7,y=3−4×3=−9x=1+2 \times 3=7,\quad y=3-4 \times 3=-9

よって、求める点の座標は(7,−9,8)‾\underline{(7, -9, 8)}です。

媒介変数表示にすると、条件を入れて座標を求めるのが簡単ですね!

そうだね。直線上の特定の点を求めたいときは、媒介変数表示が便利だよ。

このページのまとめ

ここでは空間における直線のベクトル方程式について学習しました。

「通る点」と「方向ベクトル」が分かれば直線の方程式が書けます。22点が与えられた場合はAB⃗\vec{AB}を方向ベクトルにしましょう。

媒介変数表示とx−a1l=y−a2m=z−a3n\frac{x-a_1}{l}=\frac{y-a_2}{m}=\frac{z-a_3}{n}の形の両方を使いこなせるようになりましょう!

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