平行四辺形ABCDにおいて、以下の内積を求める問題です。 (1) $\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AF}$ (2) $\overrightarrow{EA} \cdot \overrightarrow{EF}$ (3) $\overrightarrow{FE} \cdot \overrightarrow{FD}$ (4) $\overrightarrow{EB} \cdot \overrightarrow{EC}$

幾何学ベクトル内積平行四辺形角度
2025/5/18

1. 問題の内容

平行四辺形ABCDにおいて、以下の内積を求める問題です。
(1) ABAF\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AF}
(2) EAEF\overrightarrow{EA} \cdot \overrightarrow{EF}
(3) FEFD\overrightarrow{FE} \cdot \overrightarrow{FD}
(4) EBEC\overrightarrow{EB} \cdot \overrightarrow{EC}

2. 解き方の手順

(1) ABAF\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AF}
ABAF=ABAFcosBAF\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AF} = |\overrightarrow{AB}| |\overrightarrow{AF}| \cos{\angle BAF}
AB=2|\overrightarrow{AB}| = 2
BAF=9060=30\angle BAF = 90^{\circ} - 60^{\circ} = 30^{\circ}
AF=ABsin60=2×32=3AF = AB \sin{60^{\circ}} = 2 \times \frac{\sqrt{3}}{2} = \sqrt{3}
AF=3|\overrightarrow{AF}| = \sqrt{3}
ABAF=2×3×cos30=2×3×32=3\overrightarrow{AB} \cdot \overrightarrow{AF} = 2 \times \sqrt{3} \times \cos{30^{\circ}} = 2 \times \sqrt{3} \times \frac{\sqrt{3}}{2} = 3
(2) EAEF\overrightarrow{EA} \cdot \overrightarrow{EF}
EAEF=EAEFcosAEF\overrightarrow{EA} \cdot \overrightarrow{EF} = |\overrightarrow{EA}| |\overrightarrow{EF}| \cos{\angle AEF}
AE=ABcos60=2×12=1AE = AB \cos{60^{\circ}} = 2 \times \frac{1}{2} = 1
EA=1|\overrightarrow{EA}| = 1
AEF=1809060=30\angle AEF = 180^{\circ} - 90^{\circ} - 60^{\circ} = 30^{\circ}
EF=2EC=23EF = 2EC = 2\sqrt{3}
EF=23|\overrightarrow{EF}| = 2 \sqrt{3}
EAEF=1×23×cos30=23×32=3\overrightarrow{EA} \cdot \overrightarrow{EF} = 1 \times 2 \sqrt{3} \times \cos{30^{\circ}} = 2 \sqrt{3} \times \frac{\sqrt{3}}{2} = 3
(3) FEFD\overrightarrow{FE} \cdot \overrightarrow{FD}
FEFD=FEFDcosEFD\overrightarrow{FE} \cdot \overrightarrow{FD} = |\overrightarrow{FE}| |\overrightarrow{FD}| \cos{\angle EFD}
FE=23|\overrightarrow{FE}| = 2 \sqrt{3}
FD=3FD = \sqrt{3}
FD=3|\overrightarrow{FD}| = \sqrt{3}
FDC=60\angle FDC = 60^{\circ}
DFC=90\angle DFC = 90^{\circ}
FCD=30\angle FCD = 30^{\circ}
よってEFD=AFC=9060=30\angle EFD = \angle AFC = 90^{\circ}-60^{\circ} = 30^{\circ}
FEFD=23×3×cos150=23×3×(32)=6×(32)=33\overrightarrow{FE} \cdot \overrightarrow{FD} = 2 \sqrt{3} \times \sqrt{3} \times \cos{150^{\circ}} = 2 \sqrt{3} \times \sqrt{3} \times (-\frac{\sqrt{3}}{2}) = 6 \times (-\frac{\sqrt{3}}{2}) = -3 \sqrt{3}
AFD=180(90+60)=30\angle AFD=180-(90+60) = 30
EFD=60+AFD=60+30=90\angle EFD = 60 + \angle AFD = 60 +30 =90
FEFD=FEFDcosEFD\overrightarrow{FE} \cdot \overrightarrow{FD} = |\overrightarrow{FE}| |\overrightarrow{FD}| \cos{\angle EFD}
FEFD=233cos(90)\overrightarrow{FE} \cdot \overrightarrow{FD} = 2\sqrt{3}*\sqrt{3} * \cos(90)
FEFD=2330\overrightarrow{FE} \cdot \overrightarrow{FD} = 2\sqrt{3}*\sqrt{3}*0
FEFD=0\overrightarrow{FE} \cdot \overrightarrow{FD} = 0
(4) EBEC\overrightarrow{EB} \cdot \overrightarrow{EC}
EBEC=EBECcosBEC\overrightarrow{EB} \cdot \overrightarrow{EC} = |\overrightarrow{EB}| |\overrightarrow{EC}| \cos{\angle BEC}
EB=3|\overrightarrow{EB}| = \sqrt{3}
EC=3|\overrightarrow{EC}| = \sqrt{3}
BEC=18060=120\angle BEC = 180^{\circ} - 60^{\circ} = 120^{\circ}
EBEC=3×3×cos120=3×(12)=32\overrightarrow{EB} \cdot \overrightarrow{EC} = \sqrt{3} \times \sqrt{3} \times \cos{120^{\circ}} = 3 \times (-\frac{1}{2}) = -\frac{3}{2}

3. 最終的な答え

(1) 3
(2) 3
(3) 0
(4) 32-\frac{3}{2}

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