こんにちは!ピエトロです。
前置詞+名詞がまず基本の形です。このとき、名詞は前置詞の目的語ということになります。なので、前置詞+関係代名詞の場合、関係代名詞は関係詞節中で前置詞の目的語となります。よって、前置詞+関係代名詞の場合、関係代名詞は目的格を使うことになります。
次に、関係代名詞の目的格は往々にして省略されることがあるみたいです。前置詞+関係代名詞の場合もそうなります。例えば、
This is the pen he wrote the letter with.
の場合、
This is the pen which he wrote the letter with.
(This is the pen with which he wrote the letter.)
が本来の形ですが、一番はじめの文は関係代名詞whichが省略されています。
前置詞「関係代名詞で、関係代名詞を省略する場合、前置詞は必ず関係詞節の後ろにもっていきます。