福田の数学〜東北大学2025理系第5問〜球面上の点と軌跡 - 質問解決D.B.(データベース)

福田の数学〜東北大学2025理系第5問〜球面上の点と軌跡

問題文全文(内容文):

$\boxed{5}$

$S$を$xyz$空間内の原点$O(0,0,0)$を中心とする

半径$1$の球面とする。

また、点$P(a,b,c)$を

点$(0,0,1)$とは異なる球面$S$上の点とする。

点$P$と点$N$を通る直線$\ell$と$xy$平面との

交点を$Q$とおく。

このとき、以下の問いに答えよ。

(1)点$Q$の座標を$a,b,c$を用いて表せ。

(2)$xy$平面上の点$(p,q,0)$と点$N$を通る直線を

$m$とする。

直線$m$と球面$S$の交点のうち、

点$N$以外の交点の座標を$p,q$を用いて表せ。

(3)点$\left(0,0,\dfrac{1}{2}\right)$を通り、

ベクトル$(3,4,5)$に直交する

平面$\alpha$を考える。

点$P$が平面$\alpha$ト球面$S$との交わりを動くとき、

点$Q$は$xy$平面上の円周上を動くことを示せ。

$2025$年東北大学理系過去問題
単元: #数Ⅱ#大学入試過去問(数学)#図形と方程式#軌跡と領域#学校別大学入試過去問解説(数学)#東北大学#数学(高校生)
指導講師: 福田次郎
問題文全文(内容文):

$\boxed{5}$

$S$を$xyz$空間内の原点$O(0,0,0)$を中心とする

半径$1$の球面とする。

また、点$P(a,b,c)$を

点$(0,0,1)$とは異なる球面$S$上の点とする。

点$P$と点$N$を通る直線$\ell$と$xy$平面との

交点を$Q$とおく。

このとき、以下の問いに答えよ。

(1)点$Q$の座標を$a,b,c$を用いて表せ。

(2)$xy$平面上の点$(p,q,0)$と点$N$を通る直線を

$m$とする。

直線$m$と球面$S$の交点のうち、

点$N$以外の交点の座標を$p,q$を用いて表せ。

(3)点$\left(0,0,\dfrac{1}{2}\right)$を通り、

ベクトル$(3,4,5)$に直交する

平面$\alpha$を考える。

点$P$が平面$\alpha$ト球面$S$との交わりを動くとき、

点$Q$は$xy$平面上の円周上を動くことを示せ。

$2025$年東北大学理系過去問題
投稿日:2025.04.03

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$\boxed{4}$

$xy$平面上に$2$つの定点$A(-1,0),B(1,0)$がある。

線分$AB$上の点$P$に対して、

$xy$平面上の点$Q$は以下の条件$(a),(b)$を

満たすとする。

$(a)$$P$と$Q$の$x$座標は等しく、

$Q$の$y$座標は正である。

$(b)$$AP+PQ+QB=4$

このとき、以下の問いに答えよ。

ただし、線分は両方の端点を含むものとする。

(1)$P$の座標を$(s,0)$とするとき、

$Q$の座標を$s$を用いて表せ。

(2)$P$が線分$AB$上を$A$から$B$まで動くとき、

$Q$の軌跡を$xy$平面上に図示せよ。

(3)$P$が線分$AB$上を$A$から$B$まで動くとき、

線分$PQ$が通過する範囲の面積を求めよ。

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