問題を解くのに必要な知識を確認するにはこのグラフ図を利用してください.

三角形の面積を求める問題

■問題

原点と空間上の2点 A 4 , 3 , 1 B 2 , 1 , 2 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

1 2 65

■ヒント

三角形の面積 S = 1 2 | AB | 2 · | AC | 2 ( AB · AC ) 2 を用いる.この公式を覚えていない場合は,三角形の面積 = 1 2 ×底辺の長さ×高さ,から計算をする.

外積の定義を参考にする.

■解説

●ベクトルの内積を用いた計算

三角形 OAB の面積を S とすると

S = 1 2 | OA | 2 · | OB | 2 ( OA · OB ) 2

この式の内容は三角形の面積に詳しく書いてある

となる.

OA = 4 , 3 , 1

OB = 2 , 1 , 2

であることより

OA 2 = 4 2 + 3 2 + 1 2 = 16 + 9 + 1 = 26

OB 2 = 2 2 + 1 2 + 2 2 = 4 + 1 + 4 = 9

OA OB = 4 , 3 , 1 2 , 1 , 2 = 4 2 + 3 1 + 1 2 = 8 + 3 + 2 = 13

となる.よって

S = 1 2 26 9 13 2 = 1 2 13 18 13 = 1 2 65

◇三角形の面積 = 1 2 ×底辺の長さ×高さからの計算

S = 1 2 OA BH

= 1 2 OA OB sin θ

= 1 2 OA OB 1 cos 2 θ

cos θ = OA OB OA OB = 13 26 3 = 13 3 26

S = 1 2 26 3 1 13 3 26 2

= 1 2 3 26 2 13 2

= 1 2 65

★別解

BH = OH OB

OH =t OA とおくと

BH =t OA OB

OABH より

OA BH =0

OA t OA OB =0

t OA OA OA OB =0

t OA 2 = OA OB

t= OA OB OA 2 = 13 26 = 1 2

よって

BH = 1 2 4,3,1 2,1,2 = 0, 1 2 , 3 2

BH = 1 2 2 + 3 2 2 = 1 2 10 = 1 2 65

以上より

S= 1 2 26 1 2 10

●ベクトルの外積を用いた計算

外積 OA × OB の大きさ OA × OB は, OA OB を2辺とする平行四辺形の面積になる(外積の定義を参照).よって,三角形 OAB の面積 S

S = 1 2 OA × OB

となる.

OA × OB = 4 , 3 , 1 × 2 , 1 , 2

= 3 2 1 1 , 1 2 4 2 , 4 1 3 2

= 5 , 6 , 2

よって

S = 1 2 5 2 + 6 2 + 2 2 = 1 2 25 + 36 + 4 = 1 2 65

となる.

■3Dグラフ

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最終更新日: 2025年10月20日 ->

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