三角形の面積の問題

三角形の面積の問題

■問題

空間座標上の3点 A 2,1,2 , B 1,3,1 , C 1,−1,2 を頂点とする三角形の面積を求めよ.

■答

21 2

■ヒント

三角形の面積の公式

1 2 AB ⟶ 2 · AC ⟶ 2 − AB ⟶ · AC ⟶ 2

を使う.あるいは

ベクトル AB → × AC → の大きさ は, AB → と AC → を2辺とする平行四辺形の面積となることを利用する. (外積の定義を参照)

平行四辺形の面積を S とすると

S=| AB → × AC → |

となり,三角形の面積は

S 2 = | AB → × AC → | 2

となる. AB → =( a x   , a y   , a z ) , AC → =( b x   , b y   , b z ) のとき

AB → × AC → =( a y b z − a z b y   , a z b x − a x b z   , a x b y − a y b x )

(外積の成分表示を参照)

となる.

■解説

AB → , AC → の成分を求めると

AB → = AO → + OB → = OB → − OA → =( 1,3,1 )−( 2,1,2 )=( −1,2,−1 )

AC → = AO → + OC → = OC → − OA → =( 1,−1,2 )−( 2,1,2 )=( −1,−2,0 )

となる.

AB ⟶ 2 = −1 2 + 2 2 + −1 2 =6

AC ⟶ 2 = −1 2 + −2 2 + 0 2 =5

AB ⟶ · AC ⟶ = −1,2,−1 ⋅ −1,−2,0 =1−4 =−3

これらの値を使うと三角形の面積は公式より

1 2 6×5− −3 2 = 21 2

となる.

次は,外積を使った方法で三角形の面積を求めてみる.

まず,外積 AB → × AC → を求める.

AB → × AC → =( a y b z − a z b y   , a z b x − a x b z   , a x b y − a y b x ) より

a y b z − a z b y =2×0−( −1 )×( −2 )=2

a z b x − a z b x =( −1 )×( −1 )−( −1 )×0=1

a x b y − a y b x =( −1 )×( −2 )−2×( −1 )=4

AB → × AC → =( 2,1,4 )

となる.

よって,平行四辺形の面積 S=| AB → × AC → | は

| AB → × AC → |=| ( 2,1,4 ) |= 2 2 + 1 2 + 4 2 = 21

となり,求める三角形の面積は

S 2 = | AB → × AC → | 2 = 21 2

となる.

 

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学生スタッフ
最終更新日: 2023年2月17日