京大理系数学'10年甲[2]

四面体ABCDにおいてと,と,とはそれぞれ垂直であるとする。このとき、頂点A,頂点Bおよび辺CDの中点Mの3点を通る平面は辺CDと直交することを示せ。


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解答 空間ベクトルの問題ですが、無理に1次独立な3つのベクトルを持ち出さずとも、内積計算で平凡に解決します。

題意より、

 ・・・�@ (内積を参照)
目標は、頂点A,頂点Bおよび辺CDの中点Mの3点を通る平面を作る1次独立なベクトル,と、が垂直であることを示すことです。
 ・・・�A
 ・・・�B
�@より、
 ・・・�C
 ・・・�D
 ・・・�E
�C,�D,�Eより、
�Aより、
∴
同様に、�@より、
 ・・・�F
 ・・・�G
 ・・・�H
�F,�G,�Hより、
�Bより、
∴
よって、頂点A,頂点Bおよび辺CDの中点Mの3点を通る平面は辺CDと直交します。


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