【数C】【空間ベクトル】四面体において、△ABC、△ACD,△ADB,△BCDの重心をそれぞれG,H,I,Jとする。4つの線分DG,BH,CI,AJをそれぞれ3:1に内分する点は一致することを証明せよ - 質問解決D.B.(データベース)

【数C】【空間ベクトル】四面体において、△ABC、△ACD,△ADB,△BCDの重心をそれぞれG,H,I,Jとする。4つの線分DG,BH,CI,AJをそれぞれ3:1に内分する点は一致することを証明せよ

問題文全文(内容文):
4点A,B,C,Dを頂点とする四面体において、△ABC、△ACD,△ADB,△BCDの重心をそれぞれG,H,I,Jとする。このとき、4つの線分DG,BH,CI,AJをそれぞれ3:1に内分する点は一致することを証明せよ。
チャプター:

0:00 オープニング、問題概要
0:32 G,H,Iの位置ベクトルを考える
1:56 DGを3:1に内分する点の位置ベクトル

単元: #空間ベクトル#空間ベクトル#数学(高校生)#数C
教材: #4S数学#中高教材#4S数学CのB問題解説#空間ベクトル
指導講師: 理数個別チャンネル
問題文全文(内容文):
4点A,B,C,Dを頂点とする四面体において、△ABC、△ACD,△ADB,△BCDの重心をそれぞれG,H,I,Jとする。このとき、4つの線分DG,BH,CI,AJをそれぞれ3:1に内分する点は一致することを証明せよ。
投稿日:2025.08.02

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◎平行六面体ABCD-EFGHにおいて、$\overrightarrow{ AB }=\overrightarrow{ a },\overrightarrow{ AD }=\overrightarrow{ b },\overrightarrow{ AE }=\overrightarrow{ c }$とする。
次のベクトル$\overrightarrow{ a },\overrightarrow{ b },\overrightarrow{ c }$を用いて表そう。

①$\overrightarrow{ AC }$

②$\overrightarrow{ AF }$

③$\overrightarrow{ BG }$

④$\overrightarrow{ FH }$

⑤$\overrightarrow{ DF }$

⑥$\overrightarrow{ CH }$

※図は動画内参照
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問題文全文(内容文):
点 O を原点とする座標空間に 3 点 A(-I, 0 , ー 2 ), B(-2, ー 2 , ー 3 ), C(1, 2 , ー 2 )がある。
(a)ベクトル$\overrightarrow{ AB }と\overrightarrow{ AC }の内積は\overrightarrow{ AB }・\overrightarrow{ AC }=\fbox{ アイ }$であり、$\angle ABCの外接円の半径は\sqrt{\fbox{ウエ}}$である。$\angle ABC$の外接円の中心を点 P とすると、
$\overrightarrow{ AP }=\fbox{オ}\overrightarrow{ AB }+\frac{\fbox{カ}}{\fbox{キ}}\overrightarrow{ AC }$
が成り立つ。
(b)$\angle ABC$の重心を点 G とすると、$\overrightarrow{ OG }=\frac{\fbox{ク}}{\fbox{ケ}}(\overrightarrow{ OA }
+\overrightarrow{ OB }+\overrightarrow{ OC })$であり、線分OBを 2 : 1 に内分する点を Q とすると、$\overrightarrow{ AQ }=(\frac{\fbox{コサ}}{\fbox{シ}},\frac{\fbox{スセ}}{\fbox{ソ}},\fbox{タ})$となる。
(c)線分 OC を 2 : I に内分する点を R とし、 3 点 A, Q, R を通る平面を$\alpha$と直線OG との交点を S とする。点 S は平面にあることから、
$\overrightarrow{ OS }=t\overrightarrow{ OA }+u\overrightarrow{ OB }+v\overrightarrow{ OC }$
(ただし、$t,u,vはt+\frac{\fbox{チ}}{\fbox{ツ}}u+\frac{\fbox{テ}}{\fbox{ト}}v=1$を満たす実数)
と書けるので、$\overrightarrow{ OS }=\frac{\fbox{ナ}}{\fbox{ニ}}\overrightarrow{ OG }$となることがわかる。
平面$\alpha$上において、点Sは三角形AQRの$\fbox{ヌ}$に存在し、四面体 O-AQR の体積は四面体のO-ABCの体積の$frac{\fbox{ネ}}{\fbox{ノ}}$倍である。

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