ベクトル $\vec{a}=(-7, 4)$, $\vec{b}=(2, -3)$ と実数 $t$ に対して, $|\vec{a}+t\vec{b}|$ が最小となるときの $t$ の値と、そのときの最小値を求める問題です。

代数学ベクトル内積二次関数平方完成最小値
2025/6/15

1. 問題の内容

ベクトル a=(7,4)\vec{a}=(-7, 4), b=(2,3)\vec{b}=(2, -3) と実数 tt に対して, a+tb|\vec{a}+t\vec{b}| が最小となるときの tt の値と、そのときの最小値を求める問題です。

2. 解き方の手順

まず、a+tb\vec{a}+t\vec{b} を計算します。
a+tb=(7,4)+t(2,3)=(7+2t,43t)\vec{a}+t\vec{b} = (-7, 4) + t(2, -3) = (-7+2t, 4-3t).
次に、 a+tb|\vec{a}+t\vec{b}| の2乗を計算します。
a+tb2=(7+2t)2+(43t)2=4928t+4t2+1624t+9t2=13t252t+65|\vec{a}+t\vec{b}|^2 = (-7+2t)^2 + (4-3t)^2 = 49 - 28t + 4t^2 + 16 - 24t + 9t^2 = 13t^2 - 52t + 65.
a+tb|\vec{a}+t\vec{b}| を最小にする tt の値は、a+tb2|\vec{a}+t\vec{b}|^2 を最小にする tt の値と一致します。
そこで、f(t)=13t252t+65f(t) = 13t^2 - 52t + 65 を平方完成します。
f(t)=13(t24t)+65=13(t24t+44)+65=13(t2)252+65=13(t2)2+13f(t) = 13(t^2 - 4t) + 65 = 13(t^2 - 4t + 4 - 4) + 65 = 13(t-2)^2 - 52 + 65 = 13(t-2)^2 + 13.
f(t)f(t)t=2t=2 のとき最小値13をとります。
したがって、a+tb|\vec{a}+t\vec{b}|t=2t=2 のとき最小値 13\sqrt{13} をとります。

3. 最終的な答え

t=2t=2 のとき最小値 13\sqrt{13} をとる。

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