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空間内の $2$ つの直線

$l_1 : \dfrac{x-2}{5} = \dfrac{y-4}{4} = \dfrac{z-1}{3}$

$l_2 : \dfrac{x-2}{2} = \dfrac{y-2}{2} = -z+4$

のなす角 $\theta~\left(0 \leqq \theta \leqq \dfrac{\pi}{2} \right)$ として正しいものを以下の選択肢から選びなさい。

$\dfrac{\pi}{4}$

$\dfrac{\pi}{6}$

$\dfrac{\pi}{3}$

$\dfrac{\pi}{2}$

$2$ つの直線のそれぞれの方向ベクトルがなす角 $\theta$ を, これらの直線のなす角という。

ただし, $\theta$ が $0\leqq \theta \leqq \dfrac{\pi}{2}$ となるように方向ベクトルを選ぶものとする。

 

直線 $l_1$ の方向ベクトルは $\overrightarrow{v_1} = (5,4,3)$ であり,

直線 $l_2$ の方向ベクトルは $\overrightarrow{v_2} = (2,2,-1)$  であるから

$\overrightarrow{v_1}$ と $\overrightarrow{v_2}$  のなす角を $\theta$ とすると

$\cos \theta = \dfrac{ 10 + 8 - 3}{\sqrt{50} \sqrt{9} } = \dfrac{15}{15\sqrt{2}} = \dfrac{\sqrt{2}}{2}$

$0 \leqq \theta \leqq \dfrac{\pi}{2}$ より, $\theta = \dfrac{\pi}{4}$ である。