假設地球為一球體。今以地球球心為原點,地球半徑為單位長,建立一直角坐標系。設地球表面上有甲乙丙三地,甲、乙兩地的坐標分別為 $(1,0,0)$、$(\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{2}, \dfrac{\sqrt{2}}{2})$,而丙地正好是甲乙兩地之間最短路徑的中點,則丙地的坐標為____。
解答附圖
詳解
設球心為原點 $O(0,0,0)$,甲點 $A(1,0,0)$,乙點 $B(\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{2}, \dfrac{\sqrt{2}}{2})$,丙點為 $C(x,y,z)$。
甲、乙在球面上的最短路徑為大圓弧,其中點 $C$ 的方向向量 $\overset{\large\rightharpoonup}{OC}$ 必與 $\overset{\large\rightharpoonup}{OA} + \overset{\large\rightharpoonup}{OB}$ 同向。
計算兩向量之和:
$$\overset{\large\rightharpoonup}{OA} + \overset{\large\rightharpoonup}{OB} = (1,0,0) + (\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{2}, \dfrac{\sqrt{2}}{2}) = (\dfrac{3}{2}, \dfrac{1}{2}, \dfrac{\sqrt{2}}{2})$$
計算該向量的長度:
$$\left|\overset{\large\rightharpoonup}{OA} + \overset{\large\rightharpoonup}{OB}\right| = \sqrt{(\dfrac{3}{2})^2 + (\dfrac{1}{2})^2 + (\dfrac{\sqrt{2}}{2})^2} = \sqrt{\dfrac{9}{4} + \dfrac{1}{4} + \dfrac{2}{4}} = \sqrt{3}$$
因為丙地在地球表面上,故其長度 $\left|\overset{\large\rightharpoonup}{OC}\right| = 1$。我們將 $\overset{\large\rightharpoonup}{OA} + \overset{\large\rightharpoonup}{OB}$ 單位化即得:
$$\overset{\large\rightharpoonup}{OC} = \dfrac{1}{\sqrt{3}}(\dfrac{3}{2}, \dfrac{1}{2}, \dfrac{\sqrt{2}}{2}) = (\dfrac{\sqrt{3}}{2}, \dfrac{\sqrt{3}}{6}, \dfrac{\sqrt{6}}{6})$$
故丙地坐標為 $(\dfrac{\sqrt{3}}{2}, \dfrac{\sqrt{3}}{6}, \dfrac{\sqrt{6}}{6})$。
題目來源:民國90年大學聯考數學科試題(自然組) 第11題(來源PDF第12頁)
資料版本:2026-07-05(commit 06b4ff14)
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