数学B 第5章 平面ベクトルと平面図形 — 平面ベクトルの1次独立

ベクトルの1次結合の定義

ベクトルの1次結合の定義

定義11 次結合の定義 §

2 つのベクトル, に対して,適当な実数を用いて

と表されるベクトルのことを,1 次結合(linear combination) という.

たとえば,右図において, の1 次結合で表すと

となる.

このように,あるベクトルを2 つの で表すことを, へのベクトルの分解(resolution) という.

図

ベクトルの1次独立の定義

ベクトルの1次独立の定義

定義21 次独立の定義 §

1 次独立(linearly independent)である」とは

を満たす実数 のときに限る,ことである.

ベクトルの1 次独立の定義の図その1
ベクトルの1 次独立の定義の図その1

たとえば,右図のように平行でない では

となる のときに限られるので,は1 次独立である.

ベクトルの1 次独立の定義の図その2
ベクトルの1 次独立の定義の図その2

また,左図のように平行な では, のとき以外にも,たとえば のときにも

を満たすので, は1 次独立であるとはいえない.

つまり,次のようなことがいえる.

定理31 次独立なベクトルと平行でないベクトル §

が1 次独立であるならば, は平行でない.逆に, が平行でなければ, は1 次独立である.

つまり

が1 次独立」

である.

証明は背理法による.

1次独立な平面ベクトルに関する定理

1次独立な平面ベクトルに関する定理

1 次独立なベクトルの1 次結合に関して,次の定理が成り立つ.

定理41 次独立な平面ベクトルに関する定理 §

ある が,1 次独立な2 つのベクトル の1 次結合で

と2 通りに表されたとする.このとき

\begin{eqnarray} \left{ \right. \end{eqnarray}

が成り立つ.つまり, は1 通りでしか表せない.

証明

と表されるので

ここで, は1 次独立であるから,その定義より

\begin{eqnarray} \left{ \right. \Longleftrightarrow \left{ \right. \end{eqnarray}

問題1重心の定理

の重心を とし,辺 の中点を,辺 の中点を とするとき

であることを,ベクトルの1 次独立を用いて証明せよ.

解答を見る

とおく.

まず, は線分 上にあるから, とおくと

と表すことができる.

また,は線分上にあるから, とおくと

と表すことができる.

いま, は1 次独立であるから, より

\begin{eqnarray} \left{ \right. \Longleftrightarrow \left{ \right. \end{eqnarray}

よって

問題2角の二等分線の定理

である において,の2 等分線と辺 の交点を するとき

であることを,ベクトルの1 次独立を用いて証明せよ.

解答を見る

とおく.

まず,直線 の二等分線なので,適当な実数 を用いて

は大きさが で等しいので 等分する直線上にある.

これを角の二等分ベクトル(anglebisection vector) という.

と表すことができる.

また,点 は辺 上の内分点なので, とおくと

と表すことができる.

いま, は1 次独立であるから, より

\begin{eqnarray} \left{ \right. \Longleftrightarrow \left{ \right. \end{eqnarray}

よって

問題3直線の交点の位置ベクトル

において,辺 に内分する点を,辺 に内分する点をとし,線分 と線分 の交点を とする. を用いて表せ.

解答を見る

を基準にした位置ベクトルを考えてみる.

まず,点 は線分 上にあるから, とおくと

と表すことができる.

また,点 は辺上にあるから, とおくと

と表すことができる.

いま, は1 次独立であるから,より

\begin{eqnarray} \left{ \right. \Longleftrightarrow \left{ \right. \end{eqnarray}

よって

元記事: http://www.ftext.org/text/section/166(取得日 2026-08-07)

最終更新: 2026-08-08

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