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第2問

固定された球の内部に固定点 PP をとる。頂点 PA,PB,PCPA, PB, PC が球面上にあり、互いに直交する3本の線分 A,B,CA, B, C を作る。QQ を辺とする直方体において PP と対称な頂点を PA,PB,PCPA, PB, PC とする。QQ が条件を満たすすべての位置を取るとき、点 A,B,CA, B, C の軌跡を求めよ。
ステップ 7/7: 結論:軌跡は O を中心とする球面である
ざっくり言うと

固定された中心からの距離が一定であることが、まさに球面の定義そのものである。

OQ=3R2−2d2 (constant)OQ = \sqrt{3R^2-2d^2} \text{ (constant)}
詳しい解説

∣OQ∣=3R2−2d2|OQ|=\sqrt{3R^2-2d^2} は A,B,CA,B,C に依存しない固定された定数であり(d<Rd<R なのでこの値は実数である)、QQ がすべての有効な直交する組を動くときの A,B,CA,B,C の軌跡は、まさにこの半径を持つ OO を中心とする球面である。