座標空間内に点 A(0,0,1),点 B(1,1,0),および実数 a を用いて表される点 P(a,0,0) をとる。さらに,2点 (0,2,0),(0,0,2) を通る直線を ℓ として,3点 A,B,P が定める平面と直線 ℓ との交点を Q とする。
(1) 点 Q の座標を a を用いて表せ。
(2) 4点 A,B,P,Q が四角形 APBQ を成し,線分 AB と線分 PQ が交わるための a の条件を求めよ。
(3) a が (2) の条件を満たすとき,四角形 APBQ の面積を a を用いて表せ。