点 O を原点とする座標空間3点を
   A(0,1,2), B(2,3,0), P(5+t,9+2t,5+3t) とする。
  線分 OP と線分 AB が交点をもつような実数 t が存在することを示せ。
   またそのとき、交点の座標を求めよ。

解答

線分 OP と線分 AB が点 Q で交わったと仮定しよう。
Q は OP を m : 1-m に内分する点であり
Q は AB を n : 1-n に内分する点であったとする。
このとき
Q(5m+tm,9m+2tm,5m+3tm) で
Q(2n,1+2n,2-2n) である
つまり
 5m+tm = 2n
 9m+2tm = 1 +2n
 5m+3tm = 2 - 2n
これらより n を消去して
 4m+tm = 1
 10m+4tm = 2
これらより tm を消去して
6m = 2
m = 1/3 を得る。
また t = -1 を得て、更に n = 2/3 を得る。
    .
 逆に t = -1 のとき
P(4,7,2) で
OP を 1/3 : 2/3 に内分する点は
(4/3,7/3,2/3) である。
線分 AB を 2/3 : 1/3 に内分する点は
(4/3,7/3,2/3) でこれらは一致する。

以上より
題意を満たす t は存在し,
交点の座標は (4/3,7/3,2/3) である。

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