1. Главная
  2. Библиотека
  3. Высшая математика
  4. Найдите объем треугольной пирамиды (в куб.ед.) с вершин...
Решение задачи на тему

Найдите объем треугольной пирамиды (в куб.ед.) с вершинами в точках A(1 ;-1 ; 2), B(-5 ; 11 ; 8), C(2 ; 3 ; 1), D(-5 ; 4 ; 4).

  • Высшая математика
  • #Аналитическая геометрия
  • #Линейная алгебра и аналитическая геометрия
Найдите объем треугольной пирамиды (в куб.ед.) с вершинами в точках A(1 ;-1 ; 2), B(-5 ; 11 ; 8), C(2 ; 3 ; 1), D(-5 ; 4 ; 4).

Условие:

Найдите объем треугольной пирамиды (в куб.ед.) с вершинами в точках A(1 ;-1 ; 2), B(-5 ; 11 ; 8), C(2 ; 3 ; 1), D(-5 ; 4 ; 4).

Решение:

Чтобы найти объем треугольной пирамиды с вершинами в точках $A(1, -1, 2)$, $B(-5, 11, 8)$, $C(2, 3, 1)$ и $D(-5, 4, 4)$, мы можем использовать формулу для объема пирамиды:

V=13Sh V = \frac{1}{3} \cdot S \cdot h

где...

Векторы можно найти по координатам точек:

AB=BA=(51,11(1),82)=(6,12,6) \overrightarrow{AB} = B - A = (-5 - 1, 11 - (-1), 8 - 2) = (-6, 12, 6)
AC=CA=(21,3(1),12)=(1,4,1) \overrightarrow{AC} = C - A = (2 - 1, 3 - (-1), 1 - 2) = (1, 4, -1)

Векторное произведение двух векторов в трехмерном пространстве можно найти по формуле:

AB×AC=ijk6126141 \overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC} = \begin{vmatrix} \mathbf{i} \mathbf{j} \mathbf{k} \\ -6 12 6 \\ 1 4 -1 \end{vmatrix}

Вычисляем определитель:

AB×AC=i12641j6611+k61214 \overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC} = \mathbf{i} \begin{vmatrix} 12 6 \\ 4 -1 \end{vmatrix} - \mathbf{j} \begin{vmatrix} -6 6 \\ 1 -1 \end{vmatrix} + \mathbf{k} \begin{vmatrix} -6 12 \\ 1 4 \end{vmatrix}

Теперь вычислим каждый из определителей:

  1. 12641=12(1)64=1224=36\begin{vmatrix} 12 6 \\ 4 -1 \end{vmatrix} = 12 \cdot (-1) - 6 \cdot 4 = -12 - 24 = -36
  2. 6611=6(1)61=66=0\begin{vmatrix} -6 6 \\ 1 -1 \end{vmatrix} = -6 \cdot (-1) - 6 \cdot 1 = 6 - 6 = 0
  3. 61214=64121=2412=36\begin{vmatrix} -6 12 \\ 1 4 \end{vmatrix} = -6 \cdot 4 - 12 \cdot 1 = -24 - 12 = -36

Теперь подставим значения в векторное произведение:

AB×AC=36i0j36k=(36,0,36) \overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC} = -36 \mathbf{i} - 0 \mathbf{j} - 36 \mathbf{k} = (-36, 0, -36)

Длина векторного произведения равна:

AB×AC=(36)2+02+(36)2=1296+0+1296=2592=362 |\overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC}| = \sqrt{(-36)^2 + 0^2 + (-36)^2} = \sqrt{1296 + 0 + 1296} = \sqrt{2592} = 36\sqrt{2}

Площадь треугольника ABCABC равна половине длины векторного произведения:

S=12AB×AC=12362=182 S = \frac{1}{2} |\overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC}| = \frac{1}{2} \cdot 36\sqrt{2} = 18\sqrt{2}

Высота hh пирамиды — это расстояние от точки DD до плоскости, содержащей треугольник ABCABC. Для этого найдем уравнение плоскости, проходящей через точки AA, BB и CC.

Уравнение плоскости можно записать в виде:

Ax+By+Cz+D=0 Ax + By + Cz + D = 0

где (A,B,C)(A, B, C) — нормальный вектор плоскости, который равен AB×AC\overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AC}.

Нормальный вектор:

(A,B,C)=(36,0,36) (A, B, C) = (-36, 0, -36)

Подставим точку A(1,1,2)A(1, -1, 2) в уравнение плоскости, чтобы найти DD:

361+0(1)362+D=0 -36 \cdot 1 + 0 \cdot (-1) - 36 \cdot 2 + D = 0
3672+D=0    D=108 -36 - 72 + D = 0 \implies D = 108

Таким образом, уравнение плоскости:

36x+0y36z+108=0    x+z=3 -36x + 0y - 36z + 108 = 0 \implies x + z = 3

Расстояние от точки D(x0,z0)D(x0, z_0) до плоскости Ax+By+Cz+D=0Ax + By + Cz + D = 0 вычисляется по формуле:

h=Ax0+Cz0+DA2+B2+C2 h = \frac{|Ax0 + Cz_0 + D|}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}}

Подставим значения:

h=36(5)+04364+108(36)2+02+(36)2=180144+1082592=144362=42=22 h = \frac{|-36 \cdot (-5) + 0 \cdot 4 - 36 \cdot 4 + 108|}{\sqrt{(-36)^2 + 0^2 + (-36)^2}} = \frac{|180 - 144 + 108|}{\sqrt{2592}} = \frac{|144|}{36\sqrt{2}} = \frac{4}{\sqrt{2}} = 2\sqrt{2}

Теперь можем найти объем:

V=13Sh=1318222=13362=723=24 V = \frac{1}{3} \cdot S \cdot h = \frac{1}{3} \cdot 18\sqrt{2} \cdot 2\sqrt{2} = \frac{1}{3} \cdot 36 \cdot 2 = \frac{72}{3} = 24

Таким образом, объем треугольной пирамиды равен:

24 куб. ед. \boxed{24} \text{ куб. ед.}

Выбери предмет