ベクトルの演算の練習問題(全7問・解答つき)

数学B「ベクトルの演算」(ベクトルの定義と基本演算)の練習問題を7問まとめました。解答は各問のすぐ下に折りたたんであります。そのまま印刷すれば、解答の見えない問題プリントになります。

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問題1ベクトルの加法

が次のように表されているとき、 を図示し、成分表示せよ。ただし、1 マスの1 辺の長さは とする。

マス目上に、共通の始点から伸びるベクトルaとベクトルbが描かれている。ベクトルaは右に1マス、上に2マス進む矢印であり、ベクトルbは右に3マス進む矢印である。 方眼の上に2つのベクトルが描かれており、ベクトルaは右上の点から左へ2マス下へ2マス進む矢印、ベクトルbは右下の点から左へ3マス上へ1マス進む矢印である。 マス目の上に、始点から左へ1マス、上へ1マス進む矢印のベクトルaと、始点から左へ3マス、上へ3マス進む矢印のベクトルbが描かれている。

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  1. 方眼上に、共通の始点から伸びるベクトルaとベクトルbを隣り合う2辺とする平行四辺形と、その対角線としてベクトルa+ベクトルbを表す矢印が描かれている。

    上の図より、 について、 の増分は の増分は であるので、

  2. 方眼上に、左下に進むベクトルaと左上に進むベクトルbが配置されている。その下には、2つのベクトルをつなぎ合わせて作られた、右から左下へ向かうベクトルa+ベクトルbが示されている。

    上の図より、 について、 の増分は の増分は であるので、

  3. 方眼の上に、左に1マス・上に1マス進むベクトルaと、左に3マス・上に3マス進むベクトルbがある。これらを始点と終点でつなぎ、左に4マス・上に4マス進む和のベクトルa+ベクトルbを表している。

    上の図より、 について、 の増分は の増分は であるので、

問題2ベクトルの減法

平行四辺形 の対角線の交点を とし、 とする。次のベクトルを を用いて表し、また、成分表示せよ。

平行四辺形ABCDの対角線の交点をOとする。対角線上の点Oから頂点Aへ向かうベクトルaと、点Oから頂点Bへ向かうベクトルbが矢印で表されている。
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平行四辺形の対角線はそれぞれの中点で交わるから、 は対角線 と対角線 の中点である。よって

である。

問題3ベクトルの和、差、実数倍

次の図のようにベクトル をおくとき、次のベクトルを作図せよ。

同じ点を始点として3つのベクトルが矢印で伸びている。ベクトルaは真横の右向き。ベクトルbは右上向きで、右向きから反時計回りにおよそ55度。ベクトルcは左上向きで、右向きから反時計回りにおよそ145度。長さはaがいちばん短く、bはaのおよそ1.25倍、cはaのおよそ1.6倍である。
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  1. 図示すると下図のようになる。

    右向きの矢印で表されたベクトルaと、その反対方向である左向きで、長さが半分の太い矢印で表された-1/2ベクトルaが並んで描かれている。
  2. 図示すると下図のようになる。

    共通の始点から、右方向に伸ばした2倍のベクトルaと、左上方向のベクトルを2辺とする平行四辺形を作り、その対角線として右上向きの太いベクトル 2ベクトルa+ベクトルc を表している。
  3. 図示すると下図のようになる。

    始点をそろえたベクトルbとベクトルcに対し、ベクトルbの2倍とベクトルcの反対向きに3倍のベクトルを2辺とする平行四辺形の対角線としてベクトル2b-3cが示されている。
  4. 図示すると下図のようになる。

    共通の始点から伸びるベクトルa、ベクトルb、ベクトルcと、それらの和を表す太い矢印のベクトルa+ベクトルb+ベクトルcが、点線の平行四辺形とともに描かれている。

問題4単位ベクトル

  1. のとき、 と同じ向きの単位ベクトルをを用いて表せ。
  2. のとき、 と同じ向きの単位ベクトルを成分表示せよ。
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  1. と同じ向きの単位ベクトルはである。
  2. と同じ向きの単位ベクトルは

問題5ベクトルの実数倍

  1. を計算せよ
  2. を計算せよ
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問題6ベクトルの合成と分解

正六角形 において、辺 の中点を とし、線分の中点を、辺の中点をとする。このとき、 および を、 を用いて表せ。

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この正六角形の中心を とする。対角線 を通り、 によって二等分されるので であり、また はいずれも平行四辺形であるので

である。

正六角形ABCDEFにおいて、頂点Aから伸びるベクトルAB、ベクトルAF、ベクトルAD、ベクトルAMや、点Nから点Pへ向かうベクトルNP、点Cから点Mへ向かうベクトルCMが描かれている。

問題7ベクトルの平行条件

のとき、 が平行であるように の値を定めよ。

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ベクトルの平行条件 を考えて