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図形の問題
一般に, 平面上に与えられた二点$A,B$の中間点から同一平面上にのびる単位法線ベクトルを$A,B$の成分を用いて初等的に表示できますか? できるとすればどのように導かれますか?
回答
こんにちは。
では、平面ベクトルの話ということで。
2軸にに対する座標を考え、$ A(a_1,a_2) , B(b_1,b_2)$ としますね。
求める単位法線ベクトルを$\overrightarrow{ n}=(n_1,n_2)$ と書けば、
$n_1^2+n_2^2=1$ …①
また、$ \overrightarrow{AB} \perp \overrightarrow{ n}$ だから
$ \overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{ n}=0$ すなわち
$ (b_1-a_1)n_1+(b_2-a_2)n_2=0$ …②
①②の連立方程式を解くと$n_1,n_2$ がA,Bの座標を用いて求まりますね。
計算してみてください。
$n_1=\dfrac{b_2-a_2}{AB},n_2=-\dfrac{b_1-a_1}{AB}$
ただしABは線分ABの長さ $\sqrt{(b_2-a_2)^2+(b_1-a_1)^2}$
と、まぁ、ベクトルでやりましたが、ABの傾きと$\overrightarrow{ n}=(n_1,n_2)$ の傾きの積がー1っていう、数学Ⅰの範囲でも求まります。
これでいいでしょうか?
わかったとか、まだこのへんがわからないとか、コメント欄に返事を書いてください。よろしく。
ここでは一つ平面が与えられていて, 与えられる対象全てがその上に属し, そしてそれらの座標はその平面上の直交する二直線を軸として記すものとします. 説明不足ですみません, 返信お待ちしております.
ということは空間ではなく平面ベクトルの問題なのですね?平面内に作られた座標の中だけの話のかなぁ?回答書きますので読んでください。
>平面内に作られた座標の中だけの話のかなぁ? はい.
回答を見させていただきました. たしかにそれが単位法線ベクトルの一つであることを確認しました(簡単な議論なのに久々にやったせいか中々解けずにいました…… 自信をなくしてしまいそうです). しかし$n=(-n_1, -n_2)$も解となりますのでこれを加えて回答は完全なものとなります. しかしとにかく, 全て解決しました. ありがとうございました.
いま気が付きましたが、ベクトルの始点を中点と決めるのは意味ないですね。ベクトルはどこにあっても同じだからね。
その通りです. しかし, コメントにて「属する」という言葉を使ってしまった後に気づいたため一貫性のためあえて垂線などといった平面の部分集合を用いることは避けました.