平行四辺形の第4頂点

33A(0,0)A(0, 0)B(3,0)B(3, 0)C(4,2)C(4, 2) を頂点とする平行四辺形 ABCDABCD の第 44 頂点 DD を求めます1

対角線から求める

平行四辺形では 22 本の対角線 ACACBDBD が互いの中点で交わります。ACAC の中点は (2,1)(2, 1) です。D(x,y)D(x, y) とすると BDBD の中点 (3+x2,y2)\left( \dfrac{3 + x}{2}, \dfrac{y}{2} \right) がこれに等しいので、x=1x = 1y=2y = 2、すなわち D(1,2)D(1, 2) です。

辺の平行から求める

「向かい合う辺が平行で長さが等しい」という性質から直接求めることもできます。AA から BB への移動が (3,0)(3, 0) なら、DD から CC への移動も同じでなければなりません。

D=C(3,0)=(43, 20)=(1,2)D = C - (3, 0) = (4 - 3,\ 2 - 0) = (1, 2)

対角線を使っても、辺の平行を使っても、同じ点にたどりつきます。

平行を確かめる

通る 22傾き
ABAB(0,0)(0,0)(3,0)(3,0)00
DCDC(1,2)(1,2)(4,2)(4,2)00
ADAD(0,0)(0,0)(1,2)(1,2)22
BCBC(3,0)(3,0)(4,2)(4,2)22

44 辺がきちんと 22 組の平行な辺になっています。

44 頂点は 33 通りある

注意したいのは、33 点から平行四辺形を作る方法は 11 通りではないことです。どの 22 点を対角線の両端にするかで、第 44 頂点は 33 通りありえます。

対角線にする 2244 頂点
AACC(1,2)(1, 2)
BBCC(7,2)(7, 2)
AABB(1,2)(-1, -2)

頂点を ABCDA \to B \to C \to D の順に並べる、という約束が DD11 つに決めているのです。

面積

ABAB の方向 (3,0)(3, 0) と辺 ADAD の方向 (1,2)(1, 2) が張る平行四辺形の面積は、次のように求まります。

3201=6|3 \cdot 2 - 0 \cdot 1| = 6

三角形 ABCABC の面積 33 のちょうど 22 倍になっているのも道理で、対角線 ACAC が平行四辺形を合同な 22 つの三角形に分けているからです。

大きな点が 44 頂点で、ABABDCDCADADBCBC がそれぞれ平行です。

  1. Parallelogram、Wikipedia