底面为平行四边形的四棱锥体积及顶点到底面高的计算
底面为平行四边形的四棱锥体积及顶点到底面高的计算
最近碰到这么一道空间几何题,我来一步步拆解给大家看:
已知底面为平行四边形ABCD的四棱锥ABCDE,顶点坐标分别为A(2,3,1),B(4,1,-2),C(6,3,7),E(-5,-4,8),需要计算该四棱锥的体积以及顶点E到底面的高。
我首先选取了三个关键向量:
- $\vec{BA} = (-2,2,3)$
- $\vec{BC} = (2,2,9)$
- $\vec{BE} = (-9,-5,10)$
首先回忆空间几何的知识点:平行六面体的体积等于三个棱向量的混合积的绝对值,也就是$|(\vec{BA} \times \vec{BC}) \cdot \vec{BE}|$。我计算这个混合积对应的行列式得到了-308,取绝对值后就是308。
然后注意到,这个四棱锥可以拆成两个完全一样的四面体,单个四面体的体积公式是$\frac{1}{6}|(\vec{BA} \times \vec{BC}) \cdot \vec{BE}|$,那两个四面体的体积之和就是四棱锥的体积:
$V = 2 \times \frac{1}{6} \times 308 = \frac{1}{3} \times 308$
接下来计算底面平行四边形的面积,平行四边形的面积等于相邻两边向量叉积的模长。我算出$\vec{BA} \times \vec{BC} = (12,24,-8)$,它的模长是$\sqrt{12^2 + 24^2 + (-8)^2} = 28$,也就是底面积$P=28$。
最后用四棱锥的体积公式$V = \frac{1}{3} P H$(其中$H$是顶点E到底面的高),代入数值就能算出:
$H = \frac{3V}{P} = \frac{3 \times \frac{308}{3}}{28} = 11$
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Mimish




