数学C : ベクトル 平面と垂直なベクトル

例題

4点A(1,0,0)B(0,b,0)C(0,0,c)D(4,2,1)がある。
平面ABCと、ベクトルODが垂直であるとき、bcの値を求めなさい。

アドバイス

まず、ベクトルと平面が垂直である条件の復習をしておこう。

復習

平面と垂直なベクトル 解説図

ベクトルと平面が垂直であるためには、ベクトルが、平面上にある平行でない2つのベクトルと垂直であればよい。
つまり、
平面α上にあるベクトルをabとする。
a0b0ab
このとき、
cが平面αと垂直  ca かつ cb

この方針で例題を解く。

解説

平面ABC上にある平行でも0でもない2つのベクトルと、ODが垂直、つまり内積が0であればよい。

平面と垂直なベクトル 解説図

平面ABC上にある2つのベクトルを
AB AC にすると、
AB=OBOA
AB=(0,b,0)(1,0,0)
AB=(1,b,0)
AC=OCOA
AC=(0,0,c)(1,0,0)
AC=(1,0,c)
とかける。

この2つのベクトルとODが垂直なので、
ABOD=0
(1,b,0)(4,2,1)=0
4+2b=0
b=2
ACOD=0
(1,0,c)(4,2,1)=0
4+c=0
c=4
である。

解答b=2c=4