© 2011-2023 Довжик Михаил
Копирование материалов запрещено.
Добро пожаловать на OnlineMSchool.
Меня зовут Довжик Михаил Викторович. Я владелец и автор этого сайта, мною написан весь теоретический материал, а также разработаны онлайн упражнения и калькуляторы, которыми Вы можете воспользоваться для изучения математики.
Если Вы хотите связаться со мной, имеете вопросы, предложения или хотите помочь развивать сайт OnlineMSchool пишите мне support@onlinemschool.com
Аналитическая геометрия — задача на расчет пирамиды (тетраэдра)
Краткая теория
Вузовская аналитическая геометрия отличается от курса школьной геометрии. Главное отличие состоит в том, что она основным своим инструментом имеет набор алгебраических формул и методов вычислений. В основе аналитической геометрии лежит метод координат.
Аналитическая геометрия имеет набор формул, готовых уравнений и алгоритмов действия. Для успешного и правильного решения главное — разобраться и уделить задаче достаточно времени.
Данная задача является типовой в курсе аналитической геометрии и требует использования различных методов и знаний, таких как декартовые прямоугольные координаты и вектора в пространстве.
Пример решения задачи
Задача
Даны координаты
вершин пирамиды
. Найти:
Сделать чертеж.
На сайте можно заказать решение контрольной или самостоятельной работы, домашнего задания, отдельных задач. Для этого вам нужно только связаться со мной:
ВКонтакте
WhatsApp
Telegram
Мгновенная связь в любое время и на любом этапе заказа. Общение без посредников. Удобная и быстрая оплата переводом на карту СберБанка. Опыт работы более 25 лет.
Подробное решение в электронном виде (docx, pdf) получите точно в срок или раньше.
Решение
Длина ребра
Длину ребра
найдем по
формуле расстояния между 2-мя точками:
Угол между ребрами
Угол между ребрами
и
найдем как угол
между направляющими векторами
и
:
Косинус угла между
векторами:
Угол между ребром и гранью. Векторное произведение
Вычислим угол между
ребром
и гранью
.
Для этого вычислим
координаты нормального вектора плоскости
–им будет
векторное произведение векторов
и
.
Найдем векторное произведение. Для этого
вычислим определитель:
Нормальный вектор
плоскости:
Синус угла:
Площадь грани
Вычислим площадь
грани
. Она будет численно равна половине модуля векторного
произведения векторов
и
:
Искомая площадь:
Объем пирамиды. Смешанное произведение векторов
Вычислим объем
пирамиды. Он будет равен шестой части модуля смешанного произведения векторов
и
:
Для того чтобы вычислить смешанное произведение, необходимо
найти определитель квадратной матрицы, составленной из координат векторов:
Искомый объем
пирамиды:
Уравнение прямой в пространстве
Вычислим уравнение
прямой
. Направляющим
вектором искомой прямой является вектор
. Кроме того, прямая проходит через точку
Уравнение искомой
прямой:
Уравнение плоскости
Вычислим уравнение
плоскости
. Нормальный вектор плоскости
. кроме того, плоскость проходит через точку
-уравнение
грани
Уравнение высоты, опущенной на грань
Составим уравнение
высоты, опущенной на грань
из вершины
:
Нормальный вектор
является
направляющим вектором высоты, кроме того, высота проходит через точку
Искомое уравнение
высоты:
Сделаем схематический чертеж:
Пирамида (др.-греч. πυραμίς, πυραμίδος) — многогранник, одна из граней которого (называемая основанием) — произвольный многоугольник, а остальные грани (называемые боковыми гранями) — треугольники, имеющие общую вершину. По числу углов основания различают пирамиды треугольные (тетраэдр), четырёхугольные и т. д. Пирамида является частным случаем конуса.
Лемма
Две пирамиды, имеющие равные высоты и равновеликие основания, имеют равные объемы.
Теорема
Объем пирамиды равен одной трети произведения площади основания на высоту: (V={1over3}S*H) , где S – площадь основания, H – высота пирамиды.
Теорема
Объем V усеченной пирамиды может быть найден по формуле (V={1over3}H(S1+{{sqrt {S1S2}}}+S2)), где H – высота усеченной пирамиды, S1 и S2 – площади ее оснований.
Часто даны координаты вершин пирамиды ABCD и требуется найти ее объем. Даная задача может быть решена методами аналитической геометрии. Покажем ее решение на примере.
Пусть даны координаты вершин пирамиды ABCD и требуется найти ее объем: A(10;6;6), B(-2;8;2), C(6;8;9), D(7;10;3).
Решение
Объем пирамиды равен (1over6) объема параллелепипеда, построенного на векторах AB, AC, AD. Найдем координаты этих векторов, для этого из соответствующей координаты конца вектора вычтем координату его начала:
AB=(-12;2;-4), AC=(-4;2:3), AD=(-3;4;-3).
Тогда объем параллелепипеда равен значению детерминанта (определителя) матрицы, составленной из координат векторов (строка матрицы – координаты вектора). Определитель третьего порядка находим по правилу треугольников.
Автор — Дмитрий Айстраханов
Больше уроков и заданий по всем школьным предметам в онлайн-школе «Альфа». Запишитесь на пробное занятие прямо сейчас!
Запишитесь на бесплатное тестирование знаний!
Как найти объем пирамиды, если даны координаты вершин
Для расчета объема пирамиды можно воспользоваться постоянным соотношением, связывающим эту величину с объемом параллелепипеда, построенного на том же основании и с таким же наклоном высоты. А объем параллелепипеда рассчитывается достаточно просто, если представить его ребра как набор векторов — наличие в условиях задачи координат вершин пирамиды позволяет это сделать.
Инструкция
Рассматривайте ребра пирамиды как векторы, на которых построена эта фигура. По координатам точек в вершинах A(X₁;Y₁;Z₁), B(X₂;Y₂;Z₂), C(X₃;Y₃;Z₃), D(X₄;Y₄;Z₄), определите проекции векторов, исходящих из вершины пирамиды, на оси ортогональной системы координат — вычтите из каждой координаты конца вектора соответствующую координату начала: AB{X₂-X₁;Y₂-Y₁;Z₂-Z₁}, AC{X₃-X₁;Y₃-Y₁;Z₃-Z₁}, AD{X₄-X₁;Y₄-Y₁;Z₄-Z₁}.
Воспользуйтесь тем, что объем параллелепипеда, построенного на этих же векторах, должен быть в шесть раз больше объема пирамиды. Объем такого параллелепипеда определить нетрудно — он равен смешанному произведению векторов: |AB*AC*AD|. Значит, объем пирамиды (V) составит одну шестую часть от этой величины: V = ⅙*|AB*AC*AD|.
Для расчета смешанного произведения из полученных на первом шаге координат составьте матрицу, поместив в каждую ее строку три координаты соответствующего вектора:
(X₂-X₁) (Y₂-Y₁) (Z₂-Z₁)
(X₃-X₁) (Y₃-Y₁) (Z₃-Z₁)
(X₄-X₁) (Y₄-Y₁) (Z₄-Z₁)
Затем рассчитайте ее определитель — построчно перемножьте все элементы множества и сложите результаты:
(X₂-X₁)*(Y₃-Y₁)*(Z₄-Z₁) + (Y₂-Y₁)*(Z₃-Z₁)*(X₄-X₁) + (Z₂-Z₁)*(X₃-X₁)*(Y₄-Y₁) + (Z₂-Z₁)*(Y₃-Y₁)*(X₄-X₁) + (Y₂-Y₁)*(X₃-X₁)*(Z₄-Z₁) + (X₂-X₁)*(Z₃-Z₁)*(Y₄-Y₁).
Полученное на предыдущем шаге значение соответствует объему параллелепипеда — разделите его на шестерку, чтобы получить искомый объем пирамиды. В общем виде эту громоздкую формулу можно записать так: V = ⅙*|AB*AC*AD| = ⅙*((X₂-X₁)*(Y₃-Y₁)*(Z₄-Z₁) + (Y₂-Y₁)*(Z₃-Z₁)*(X₄-X₁) + (Z₂-Z₁)*(X₃-X₁)*(Y₄-Y₁) + (Z₂-Z₁)*(Y₃-Y₁)*(X₄-X₁) + (Y₂-Y₁)*(X₃-X₁)*(Z₄-Z₁) + (X₂-X₁)*(Z₃-Z₁)*(Y₄-Y₁)).
Если ход вычислений в решении задачи приводить не требуется, а нужно лишь получить численный результат, проще воспользоваться для расчетов онлайн-сервисами. В сети нетрудно найти скрипты, которые могут помочь с промежуточными расчетами — посчитать детерминант матрицы — или самостоятельно вычислить объем пирамиды по введенным в поля формы координатам точек. Пара ссылок на такие сервисы приведена ниже.
Источники:
- Расчет объема пирамиды по координатам
- объем пирамиды через координаты вершин
Войти на сайт
или
Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Онлайн решение Пирамиды по координатам вершин
Данный онлайн-сервис вычисляет (показываются промежуточные расчёты) следующие параметры треугольной пирамиды (тетраэдра):
1) чертёж пирамиды по координатам её вершин;
2) длины и уравнения рёбер, медиан, апофем, высот;
3) площади и уравнения граней;
4) система линейных неравенств, определяющих пирамиду;
5) основания и точка пересечения медиан (центроид);
6) уравнения плоскостей, проходящих через вершины параллельно противолежащим граням;
7) объём пирамиды;
основания, площади и уравнения биссекторов;
9) углы между рёбрами, между рёбрами и гранями, двугранные (внутренние между гранями), телесные;
10) параметры и уравнения вписанной и описанной сфер;
Внимание! Этот сервис может не работать в браузере Internet Explorer.
Запишите координаты вершин пирамиды и нажмите кнопку.
Математический форум (помощь с решением задач, обсуждение вопросов по математике).
Если заметили ошибку, опечатку или есть предложения, напишите в комментариях.