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$2$ つのベクトル $\overrightarrow{a}= ( -5, -5, 0)$, $\overrightarrow{b} = (-1, -2, -2)$ の両方に垂直な単位ベクトルのうち $x$ 成分が正であるものを以下の選択肢から選びなさい。

$\left( \dfrac{2}{3},~-\dfrac{2}{3},~\dfrac{1}{3} \right)$

$\left( 2,-2,1 \right)$

$\left( \dfrac{2}{\sqrt{3}},~-\dfrac{2}{\sqrt{3}},~\dfrac{1}{\sqrt{3}} \right)$

$\left( \dfrac{2}{3},~-\dfrac{2}{3},~-\dfrac{1}{3} \right)$

$\overrightarrow{a}$ と $\overrightarrow{b}$ の両方に垂直な単位ベクトルを

$\overrightarrow{e} = (x,y,z)$

とすると

$\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{e} = -5x - 5y + 0 =0$

より $y = -x$ である。また

$\overrightarrow{b} \cdot \overrightarrow{e} = -x - 2y - 2z =0$

であり $y = -x$ を代入すると $x = 2z$ となる。よって

$\overrightarrow{e} = ( 2z, -2z , z) = z(2, -2, 1)$

ここで

$|(2,-2,1)| = \sqrt{4+4+1} = 3$

かつ $|\overrightarrow{e}| = 1$ であることから $z = \pm \dfrac{1}{3}$ であり, 

$x$ 成分が正であることから $z = \dfrac{1}{3}$ である。よって

$\overrightarrow{e} = \left( \dfrac{2}{3},~-\dfrac{2}{3},~\dfrac{1}{3} \right)$