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空間(長いです)

「空間において、定点O,Aがあり、 FはOAの中点を中心とする半径1の球面である。 2点X1,X2をF上に取る時、4点O,A,X1,X2を頂点とする四面体の 体積の最大値を求めよ」 という問題で、(全部書くと長くなるので質問したい所だけ書くと) 『直径OAをx軸上に置き、△OX1Aをxy平面上に取る。 原点をO'として、O(1,0,0),A(-1,0,0)とする。 点X2からxy平面に降ろした垂線の足をHとし、O'Hとx軸の正方向とのなす角をβ、O'X2とz軸の正方向とのなす角をθとすると X2(sinθcosβ,sinθsinβ,cosθ)となる』 とあるのですが、 どうしてX2座標のx座標とy座標はsinθが掛かってるんですか? また、Hの座標は(cosβ,sinβ,0)でOKですか? 回答よろしくお願いします。

質問者が選んだベストアンサー

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  • age_momo
  • ベストアンサー率52% (327/622)
回答No.1

>どうしてX2座標のx座標とy座標はsinθが掛かってるんですか? >また、Hの座標は(cosβ,sinβ,0)でOKですか? まず、誤解の第一点はO'Hの長さが1だと考えている点ではないでしょうか。 HはX2からxy平面に下ろした垂線の足ですからO'HはO'X2*sinθです。 O'X2=1ですからO'H=sinθです。なので H(sinθcosβ,sinθsinβ,0) X2(sinθcosβ,sinθsinβ,cosθ) となります。

その他の回答 (1)

  • Meowth
  • ベストアンサー率35% (130/362)
回答No.2

X2(sinθcosβ,sinθsinβ,cosθ)はこの”普通の球座標”の式。 球座標は地球の中心がO’ 北極がz=1、南極がz=-1 でθは90°-緯度 にあたる角度(北極からはかった角度) βは赤道上の1方向 (グリニッジに相当))すなわちx軸 から はかった角度(経度に相当)で球上の位置を示しています。 >O'X2とz軸の正方向とのなす角をθ θがz軸となす角 HはX2から赤道面(xy面)にz軸に平行におろした線と赤道面の交点 X2の赤道面(xy面)への正射影は、Hを通る円、すなわち半径sinθの円上を移動します。 xy面での位置は、x軸からの距離をβとすれば、 x=Rcosβ y=Rsinβ R=sinθ で、Hの赤道面からの高さは、cosθ です。まとめると、 X2(sinθcosβ,sinθsinβ,cosθ) になります。 これで、 0<θ<π 0<β<2π をうごけば球面上を動くことになります。 ちなみに OAをz軸においた解を示しておきます。 O(0,0,-1) A(0,0,1) とおいて x1(sinα,0,cosα) x2(cosφsinθ,sinφsinθ,cosθ) から 底辺をΔOAX1とすれば、 面積は、1/2×OA×(X1のx座標) =sinα 四面体の高さは、x2のy座標 sinφsinθ 体積Vは V=1/3×sinαsinφsinθ 最大となるのは、 α=π/2 φ=π/2 θ=π/2 6V=2 V=2/3 ようするに、 ΔOAX1を底面 OAX1からの高さをX2の(質問者の設定ではz座標、上の解では、y座標)として、 それぞれ、X1は底面を最大にするように X2は高さを最大にするようにきめればいいだけです。 (じつはわざわざ極座標を使う必要はありません。)

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