★東大入試作問者になったつもりのスレ★ 第五問
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0451132人目の素数さん
2005/10/05(水) 03:51:51(解1)
球の最高点をN, 最下点をS, 中心をO,とする。
球面上の円Cはある平面Π上にもある。
Oからこの平面(円の中心)に下ろした垂線が球面と交わる点をHとする。
ON=OH より, ∠ONH=∠OHN,
∴ 直線OHは、Πおよび 問題の平面に 等しい角度で交わる。
Nと問題の円Cを結ぶと楕円柱になる。
OH軸の周りに180°回転しても楕円柱は元通りである。
一方、円Cは問題の平面に平行な円C'に移る。
∴ 円C' は平面上のCの射影と相似である。
(解2)
球の最高点をN, 最下点をS, 中心をO,とする。
球面上の円Cはある平面Π上にもある。
問題の平面を xy平面, これと垂直に z軸をとる。
Π平面の方程式: aξ+bη+c(ζ-2R)+ 2R^2 =0.
(ξηζ) は球面上にあるから ξ^2 +η^2 +ζ(ζ-2R) =0.
N(0,0,2R) と (ξ,η,ζ) を結ぶ直線がxy平面と交わる点(x,y,0)は 比例関係から
x=2Rξ/(ζ-2R), y=2Rη/(ζ-2R)
∴ 4R^2{ ξ^2 +η^2 +ζ(ζ-2R) }/(ζ-2R)^2 -4R{ aξ+bη+c(ζ-2R)+ 2R^2 }/(ζ-2R)
= x^2 +y^2 +4R^2 -2(ax+by +2cR)
= (x-a)^2 +(y-b)^2 -r^2.
ところで、(ξηζ) は球面上にあるから、
aξ+bη+c(ζ-2R)+ 2R^2 =0 ⇔ (x-a)^2 +(y-b)^2 -r^2 =0.
例) >209 のとき、R=2, N(0,0,4), ξ=1,
(x-8)^2 + y^2 -48 =0.
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