共通テスト(数学) 過去問
令和4年度(2022年度)追・再試験
問118 (数学Ⅱ・数学B(第5問) 問1)
問題文
aを正の実数とする。Oを原点とする座標空間に4点
A1(1,0,a)、A2(0,1,a)、A3(−1,0,a)、A4(0,−1,a)がある。また、次の図のように、4点B1、B2、B3、B4を四角形A1OA2B1、A2OA3B2、A3OA4B3、A4OA1B4がそれぞれひし形になるようにとる。さらに、4点C1、C2、C3、C4を四角形A1B1C1B4、A2B2C2B1、A3B3C3B2、A4B4C4B3がそれぞれひし形になるようにとる。
ただし、座標空間における四角形を考える際には、その四つの頂点が同一平面上にあるものとする。
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問題
共通テスト(数学)試験 令和4年度(2022年度)追・再試験 問118(数学Ⅱ・数学B(第5問) 問1) (訂正依頼・報告はこちら)
aを正の実数とする。Oを原点とする座標空間に4点
A1(1,0,a)、A2(0,1,a)、A3(−1,0,a)、A4(0,−1,a)がある。また、次の図のように、4点B1、B2、B3、B4を四角形A1OA2B1、A2OA3B2、A3OA4B3、A4OA1B4がそれぞれひし形になるようにとる。さらに、4点C1、C2、C3、C4を四角形A1B1C1B4、A2B2C2B1、A3B3C3B2、A4B4C4B3がそれぞれひし形になるようにとる。
ただし、座標空間における四角形を考える際には、その四つの頂点が同一平面上にあるものとする。
- ア:1 イウ:2a
- ア:2 イウ:3a
- ア:3 イウ:2a
- ア:4 イウ:3a
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この過去問の解説 (3件)
01
(※ベクトルOAは→OAと表記します。)
問題文より四角形 OA2B2A3 はひし形なので、
OA3 とA2B2 は互いに平行で、かつ長さが等しい事になります。
よって、→OA3 = →A2B2 です。
他方で図から、→OB2 = →OA2 +→A2B2 です。
よって、
→OB2 = →OA2 + →OA3
= (0,1,a) + (−1,0,a)
= (-1, 1, 2a)
B2の座標は (-1, 1, 2a) です。
ア:1 イウ:2a の組み合わせの選択肢が本設問の解答となります。
向きと大きさが同じベクトルは、始点と終点が異なっていても同じベクトルです。
→OA3 = →A2B2 の等式は、ベクトルのその性質を使っています。
(向きを合わせる必要があるので、→OA3 と →B2A2 は異なるベクトルです。)
また、始点を原点に合わせたベクトルは「位置ベクトル」です。
→OA2, →OA3, →OB2 は位置ベクトルに相当します。
位置ベクトルは座標の形で書く事ができます。
まず、問題文と図の複雑な状況を1つずつ把握しましょう。
ひし形は、4つの辺の長さが等しく対角線が直交する平行四辺形です。
ひし形の互いに平行な2辺は、
向きをそろえていれは同じベクトルとして扱えます。
また、ベクトルを「始点を原点とした位置ベクトル」として扱えば、
ベクトルを座標のように表して計算ができます。
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02
図中の四角形はすべてひし形で、
向かい合う辺は平行で長さが等しいから、
同一ベクトルです。
つまり、同じ色のベクトルはすべて等しくなります。
なので、図の
黄色のベクトル:OA1→=(1,0,a)
赤色のベクトル:OA2→=(0,1,a)
緑色のベクトル:OA3→=(-1,0,a)
水色のベクトル:OA4→=(0,-1,a)
と表すことができます。
OB2→=OA2→+A2B2→
=(0,1,a)+(-1,0,a)
=(-1,1,2a)
よって点B2の座標は(-1,1,2a)
正解です。
不正解です。
不正解です。
不正解です。
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03
(-1,1,2a)なので、正解です。
(-1,1,2a)なので、不正解です。
(-1,1,2a)なので、不正解です。
(-1,1,2a)なので、不正解です。
ひし形の特徴をうまく利用し、一気に4種類のベクトルを図示していくことがpointです。
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