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 1 , 1 , 0 B 1 , 3 , 4 C 3 , 1 , 4 を頂点とする三角形の面積を求めよ.

■解説動画

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■答

2 17

■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 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 , 4 ) ( 1 , 1 , 0 ) = ( 2 , 4 , 4 )

AC = AO + OC = OC OA = ( 3 , 1 , 4 ) ( 1 , 1 , 0 ) = ( 4 , 2 , 4 )

となる.

AB 2 = 2 2 + 4 2 + 4 2 = 36

AC 2 = 4 2 + 2 2 + 4 2 = 36

AB · AC = 2 , 4 , 4 4 , 2 , 4 = 8 + 8 + 16 = 32

これらの値を使うと三角形の面積は公式より

1 2 36 × 36 32 2 = 1 2 2 × 3 4 2 10 = 1 2 2 4 3 4 2 6 = 2 81 64 = 2 17

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 = 4 × 4 4 × 2 = 8

a z b x a x b z = 4 × 4 2 × 4 = 8

a x b y a y b x = 2 × 2 4 × 4 = 12

AB × AC = ( 8 , 8 , 12 )

となる.

よって,平行四辺形の面積 S = | AB × AC |

| AB × AC | = | ( 8 , 8 , 12 ) | = 8 2 + 8 2 + ( 12 ) 2 = 4 17

となり,求める三角形の面積は

S 2 = | AB × AC | 2 = 2 17

となる.


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学生スタッフ
最終更新日: 2025年4月18日