数学B 第7章 空間ベクトルと空間図形 — 空間ベクトルの1次独立

ベクトルの1次結合の定義(空間)

ベクトルの1次結合の定義(空間)

2 つの に関する1 次結合は,「ベクトルの1 次結合の定義」で見たように,適当な実数 を用いて

と表されるベクトルのことであった.

ここでは,これを拡張して,3 つの に関する1 次結合を次のように定義する.

定義11 次結合の定義 §

3 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, の1 次結合という.

ベクトルの1次結合の定義の図その1
ベクトルの1次結合の定義の図その1

たとえば,右図の空間においての1次結合で表すと

とただ1通りに表せる.

ベクトルの1次結合の定義の図その2
ベクトルの1次結合の定義の図その2

また,左図の平面おいて, の1次結合で表すと

などいろいろな方法で表せる.

ベクトルの1次独立の定義(空間)

ベクトルの1次独立の定義(空間)

2 つの が1 次独立であることの定義は,「ベクトルの1 次独立の定義」で見たように

を満たす実数 のときに限る,ことであった.

ここでは,これを拡張して,3 つの に関する1 次独立を次のように定義する.

定義21 次独立の定義 §

1 次独立である」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,右図のように空間内にあるでは

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,左図のように同一平面上にある を満たす)では, のとき以外に も,たとえば のときや, のときも

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, は同一平面内にない.逆に, が同一平面になければ, は1 次独立である.

つまり

が1次独立」 が同一平面内にない

である.

証明は省略.

1次独立な空間ベクトルに関する定理

1次独立な空間ベクトルに関する定理(空間)

2 つの1 次独立なベクトルの1 次結合に関して,「1 次独立な平面ベクトルに関する定理」が成り立った.ここでは,これを拡張した,3 つの1 次独立なベクトルの1 次結合に関する次の定理を示す.

定理41 次独立な空間ベクトルに関する定理 §

ある が,1 次独立な 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空間内の直線の交点の位置ベクトル

空間内の四面体 において,辺 の中点を,辺 に内分する点を,辺 に内分する点を とする.また, を辺上の点とする.線分 のが交点 をもつとき, で表せ.

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, とおき,また,点 について 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. \ &\Leftrightarrow& \left{ \right. \ &\Leftrightarrow& \left{ \right. \end{eqnarray}

以下,連立方程式

を解く.

上の式から とする.

まず, より

これを に代入して

これと より, である.これらと より, となる.

よって

元記事: http://www.ftext.org/text/section/174(取得日 2026-08-07)

最終更新: 2026-08-07

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