与えられたベクトルの組について、それぞれのなす角$\theta$を求める。

代数学ベクトル内積角度三角関数
2025/5/22

1. 問題の内容

与えられたベクトルの組について、それぞれのなす角θ\thetaを求める。

2. 解き方の手順

ベクトルa\vec{a}b\vec{b}のなす角θ\thetaは、次の式で求められる。
cosθ=abab \cos \theta = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{|\vec{a}| |\vec{b}|}
ここで、ab\vec{a} \cdot \vec{b}は内積、 a|\vec{a}| はベクトルa\vec{a}の大きさである。
(1) a=(2,1),b=(2,6)\vec{a} = (2, 1), \vec{b} = (2, 6)
ab=(2)(2)+(1)(6)=4+6=10\vec{a} \cdot \vec{b} = (2)(2) + (1)(6) = 4 + 6 = 10
a=22+12=5|\vec{a}| = \sqrt{2^2 + 1^2} = \sqrt{5}
b=22+62=4+36=40=210|\vec{b}| = \sqrt{2^2 + 6^2} = \sqrt{4 + 36} = \sqrt{40} = 2\sqrt{10}
cosθ=105210=10250=10252=12\cos \theta = \frac{10}{\sqrt{5} \cdot 2\sqrt{10}} = \frac{10}{2\sqrt{50}} = \frac{10}{2 \cdot 5\sqrt{2}} = \frac{1}{\sqrt{2}}
θ=π4\theta = \frac{\pi}{4}
(2) a=(3,1),b=(3,1)\vec{a} = (\sqrt{3}, 1), \vec{b} = (-\sqrt{3}, 1)
ab=(3)(3)+(1)(1)=3+1=2\vec{a} \cdot \vec{b} = (\sqrt{3})(-\sqrt{3}) + (1)(1) = -3 + 1 = -2
a=(3)2+12=3+1=2|\vec{a}| = \sqrt{(\sqrt{3})^2 + 1^2} = \sqrt{3 + 1} = 2
b=(3)2+12=3+1=2|\vec{b}| = \sqrt{(-\sqrt{3})^2 + 1^2} = \sqrt{3 + 1} = 2
cosθ=222=12\cos \theta = \frac{-2}{2 \cdot 2} = -\frac{1}{2}
θ=2π3\theta = \frac{2\pi}{3}
(3) a=(2,3),b=(4,6)\vec{a} = (2, -3), \vec{b} = (-4, 6)
ab=(2)(4)+(3)(6)=818=26\vec{a} \cdot \vec{b} = (2)(-4) + (-3)(6) = -8 - 18 = -26
a=22+(3)2=4+9=13|\vec{a}| = \sqrt{2^2 + (-3)^2} = \sqrt{4 + 9} = \sqrt{13}
b=(4)2+62=16+36=52=213|\vec{b}| = \sqrt{(-4)^2 + 6^2} = \sqrt{16 + 36} = \sqrt{52} = 2\sqrt{13}
cosθ=2613213=26213=1\cos \theta = \frac{-26}{\sqrt{13} \cdot 2\sqrt{13}} = \frac{-26}{2 \cdot 13} = -1
θ=π\theta = \pi
(4) a=(23,2),b=(1,3)\vec{a} = (2\sqrt{3}, -2), \vec{b} = (-1, \sqrt{3})
ab=(23)(1)+(2)(3)=2323=43\vec{a} \cdot \vec{b} = (2\sqrt{3})(-1) + (-2)(\sqrt{3}) = -2\sqrt{3} - 2\sqrt{3} = -4\sqrt{3}
a=(23)2+(2)2=12+4=16=4|\vec{a}| = \sqrt{(2\sqrt{3})^2 + (-2)^2} = \sqrt{12 + 4} = \sqrt{16} = 4
b=(1)2+(3)2=1+3=4=2|\vec{b}| = \sqrt{(-1)^2 + (\sqrt{3})^2} = \sqrt{1 + 3} = \sqrt{4} = 2
cosθ=4342=32\cos \theta = \frac{-4\sqrt{3}}{4 \cdot 2} = -\frac{\sqrt{3}}{2}
θ=5π6\theta = \frac{5\pi}{6}
(5) a=(3,3),b=(1+3,13)\vec{a} = (3, 3), \vec{b} = (1 + \sqrt{3}, 1 - \sqrt{3})
ab=(3)(1+3)+(3)(13)=3+33+333=6\vec{a} \cdot \vec{b} = (3)(1 + \sqrt{3}) + (3)(1 - \sqrt{3}) = 3 + 3\sqrt{3} + 3 - 3\sqrt{3} = 6
a=32+32=9+9=18=32|\vec{a}| = \sqrt{3^2 + 3^2} = \sqrt{9 + 9} = \sqrt{18} = 3\sqrt{2}
b=(1+3)2+(13)2=1+23+3+123+3=8=22|\vec{b}| = \sqrt{(1 + \sqrt{3})^2 + (1 - \sqrt{3})^2} = \sqrt{1 + 2\sqrt{3} + 3 + 1 - 2\sqrt{3} + 3} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2}
cosθ=63222=612=12\cos \theta = \frac{6}{3\sqrt{2} \cdot 2\sqrt{2}} = \frac{6}{12} = \frac{1}{2}
θ=π3\theta = \frac{\pi}{3}

3. 最終的な答え

(1) θ=π4\theta = \frac{\pi}{4}
(2) θ=2π3\theta = \frac{2\pi}{3}
(3) θ=π\theta = \pi
(4) θ=5π6\theta = \frac{5\pi}{6}
(5) θ=π3\theta = \frac{\pi}{3}

「代数学」の関連問題

与えられた式 $a(b-c)^2 + b(c-a)^2 + c(a-b)^2 + 8abc$ を因数分解または簡単にせよ。

因数分解多項式
2025/5/22

次の方程式を解く問題です。 (1) $2^x = 32$ (2) $81^x = \frac{1}{9}$ (3) $25^x = 125^{x-1}$ (4) $(\frac{1}{3})^x = ...

指数指数方程式累乗
2025/5/22

関数 $f(x) = 4^{x+1} - 2^{x+3} + 3$ について、 $2^x = t$ とおいたときの $f(x)$ の式を求め、方程式 $f(x) = 0$ を満たす $x$ の値を求め...

指数関数二次関数方程式対数最小値
2025/5/22

関数 $f(x) = 2^x - 2^{-x}$ が与えられたとき、$f(-x+3)$ を計算し、その結果を $A \cdot 2^{-x} - \frac{I}{U} \cdot 2^x$ の形で表...

指数関数方程式グラフ共有点
2025/5/22

関数 $y = x^2 - 4x + a$ において、$1 \le x \le 5$ の範囲での最大値が 6 であるとき、定数 $a$ の値を求めよ。

二次関数最大値平方完成定義域
2025/5/22

(1) $a^{1/2} + a^{-1/2} = 3$ ($a > 1$)のとき、$a + a^{-1}$と$a^2 - a^{-2}$の値を求める。 (2) 三つの数$a = \log_2 3$,...

式の計算対数指数
2025/5/22

$(2x-y+1)(2x+y-1)$ を展開せよ。

展開多項式因数分解数式処理
2025/5/22

与えられた対数の性質を用いて、対数の値を$a$と$b$で表したり、対数不等式を解いたりする問題です。 (1) $\log_{10}2 = a$, $\log_{10}3 = b$のとき、$\log_{...

対数対数の性質対数不等式真数条件
2025/5/22

与えられた2変数多項式 $3x^2 + 2xy - y^2 - 11x + y + 6$ を因数分解する問題です。

因数分解多項式2変数
2025/5/22

## 1. 問題の内容

指数不等式大小比較指数関数
2025/5/22