・平面と直線のなす角                  DD++ 氏

 ちょっと確認したいことがあるので、空間図形に詳しい方、回答お願いします。

 xyz 空間内に、直線L:y = x、z = 0 と平面P:y=0(zx 平面) があるとき、直線Lと平
面Pがなす角はどちらですか?

(1) π/3 (60°)
(2) π/6 (30°)
(3) π/3 (60°) と定義する場合もあるし、π/6 (30°) と定義する場合もある
(4) そもそも「平面と直線のなす角」に一般的に浸透している定義が存在しない

 質問の意味としては、「直線と平面のなす角」とは定義上どこを指すのでしょうか、という話
です。


(コメント) 手元にある文献:宮原 繁 著 「空間図形」(科学新興社モノグラフ) によれば、
      18頁に、

定義 直線と平面のなす角

 直線Lと平面αのなす角とは、Lのα上への正射影L’とLのなす角と決める。ただし、その
角をθとするとき、0°≦θ<90°とする。

とあります。DD++ さんの投稿を拝見して、即座に「直線から平面に正射影を下し、そのなす
角を求めればよい。」と思ったことと同一でした。

 計量的には、ベクトルを利用する方法が一般的と思われます。

 zx 平面の法線ベクトル(0,1,0)と直線の方向ベクトル(1,√3,0)のなす角が、30°
になるので、平面と直線のなす角は、90°−30°=60°である。

#なす角として、120°はあっても、30°と答えることは、まず、ないと思います。


 らすかるさんからのコメントです。(令和5年4月30日付け)

 (1)だと思います。

 平面と垂直な直線が「法線」と定義されていますので、法線と平面のなす角は90°であり、
それから考えると、LとPのなす角は、60°と考えないと矛盾が生じてしまうと思います。
(これ以外の定義は見たことがありません)

 30°は、「平面Pの法線と直線Lのなす角度」のように言うと思います。


 DD++ さんからのコメントです。(令和5年5月1日付け)

 ありがとうございます。やっぱり (1) でいいですよね。

 ところが、先日ある場所で出会った問題に、以下のように書いてあったんです。

 「ただし、直線が平面に含まれるとき、両者のなす角は π/2 とします。」

 実際に解く上では無関係な注釈だったので、誤植かと思って (1) の定義に従って私は解き
ましたが、模範解答もどうやら (2) の方を採用している様子。

 私が定義を勘違いしているのか、それとも「0 を自然数に含むか問題」のように定義が何
種類かあるのか、と思って質問した次第でした。

 しかし、うーん、結局どういうことだったんだろう。


(コメント) 「直線が平面に含まれるとき、両者のなす角は 0°」ですよね!「π/2」という
      のは、おそらく「平面の法線ベクトルと直線の方向ベクトルのなす角」のことなん
      でしょう。DD++ さんの出会った問題が気になります。


 らすかるさんからのコメントです。(令和5年5月1日付け)

 「ただし、直線が平面に含まれるとき、両者のなす角は π/2 とします。」

 この文だけだと何とも言えないですね。例えば、

 平面Pの法線nと平面Pとの交点をOとし、Oを通るある直線と法線のなす角度をθとします。

「ただし直線が平面に含まれるとき、両者のなす角は π/2 とします。」だとしたら、「両者」が

「直線と法線」を指している可能性が高いです。もしそうであれば(1)と矛盾しませんね。

 どちらかというと「問題が間違っている」ような気がします。「直線が平面に含まれるとき、両
者のなす角は π/2 」って、どこの角度のことを言っているのか意味不明です。
(直線と「平面の法線」の角度のことを言っているのかな?と予想はできますが。)

 「平面とその法線のなす角度がπ/2」が多くの人の共通認識だと思います。


 DD++ さんからのコメントです。(令和5年5月1日付け)

 問題も答えもおかしいと思うのが私だけでなくてよかったです。数検って、こういう場合採点
どうなるんだろう。


 DD++ さんからのコメントです。(令和5年5月30日付け)

 数検の結果の詳細が届きました。/3 は不正解になっていました。合格者正答率がこの
問題だけ異様に低いので、私と同じように戸惑いながらも通常の定義に従って解いた人が多
かったんでしょうね。これのせいで 1 点とか 0.5 点足らなかった人がいたらかわいそう……。



  以下、工事中!


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