Даны координаты вершин пирамиды
А(-5;-1;8) ; В(2;3;1) ; С (4;1;-2;) Д(6;3;7)
Найти:
1) угол между ветрами АВ и АС
2) проекцию вектора АD на вектор АС
3) площадь грани АВС
4) объем и высоту пирамиды
5) составить уравнение АВС
1) Решение: находим векторы AB и AC.
AB = (2-(-5); 3-(-1); 1-8) = (7; 4; -7).
AC = (4-(-5); 1-(-1); -2-8) = (9; 2; -10).
Найдем скалярное произведение векторов:
a · b = ax · bx + ay · by + az · bz = 7 · 9 + 4 · 2 + (-7) · (-10) = 63 + 8 + 70 = 141.
Найдем длины векторов:
|AB| = √(ax² + ay² + az²) = √(7² + 4² + (-7)²) = √(49 + 16 + 49) = √114
|AC| = √(bx² + by² + bz²) = √(9² + 2² + (-10)²) = √(81 + 4 + 100) = √185
Найдем угол между векторами:
cos α = a · b
|a||b|
cos α = 141 = 47√21090/7030 ≈ 0.97091.
√114 · √185
α = 13.85278°
2) Решение: находим вектор AD.
AD = (6-(-5); 3-(-1); 7-8) = (11; 4; -1).
Пр ba = a · b
|b|
Найдем скалярное произведение векторов:
a · b = ax · bx + ay · by + az · bz = 11 · 9 + 4 · 2 + (-1) · (-10) = 99 + 8 + 10 = 117
Найдем модуль вектора:(9² + 2² + (-10)² = √81 + 4 + 100 = √185
Пр ba = 117 = 117√185/185 ≈ 8,60201.
√185
3) Площадь треугольника равна половине модуля векторного произведения векторов АВ и АС.
Находим произведение АВхАС с применением схемы Саррюса.
I j k| I j
7 4 -7| 7 4
9 2 -10| 9 2 = -40i – 63j + 14k + 70j + 14i – 36k =
= -26i + 7j -22k. Вектор равен ( -26; 7; -22)
Найдем модуль вектора:
|c| = √cx² + cy² + cz² = √(-26)² + 7² + (-22)² = √676 + 49 + 484 = √1209
Найдем площадь треугольника:
S = (1/2) √1209 = √1209/2 ≈ 17,38534.
4) Объём пирамиды равен 1/6 смешанного произведения векторов АВ, AC и AD.
Произведение АВхAC и вектор AD найдены выше и равны:
ABxAD = (-26; 7; -22),
AD = (11; 4; -1).
-286 + 28 + 22 = -236.
V = (1/6)*|-236| = 236/6 = (118/3) ≈ 39,333 куб. ед.
5) Так как нормальный вектор плоскости АВС уже найден и равен (-26; 7; -22), осталось подставить в уравнение плоскости координаты точки А(-5;-1;8).
(-26)*(x – (-5)) + 7*(y – (-1) + (-22)*(z – 8) = 0,
-26x + 7y – 22z + 53 = 0 или с положительным коэффициентом при переменной х:
26x - 7y + 22z - 53 = 0.
1) Так как в задании не указано конкретное ребро, то приводим расчёт длин всех рёбер.
Например, АВ = √((хВ - хА)² + (yB - yA)² + (zB - zA)²).
Остальные аналогично.
Векторы Δx Δy Δz Сум.квадр. Длины
АВ 4 -6 4 68 8,246211251
ВС 0 5 -2 29 5,385164807
АС 4 -1 2 21 4,582575695
АД 3 2 7 62 7,874007874
ВД -1 8 3 74 8,602325267
СД -1 3 5 35 5,916079783 .
2) Для составления уравнения плоскости используем формулу:
x - xA y - yA z - zA
xB - xA yB - yA zB - zA
xC - xA yC - yA zC - zA
= 0
Подставим данные и упростим выражение:
x - 0 y - 7 z - 1
4 - 0 1 - 7 5 - 1
4 - 0 6 - 7 3 - 1
= 0
x - 0 y - 7 z - 1
4 -6 4
4 -1 2
= 0
(x - 0) -6·2 - 4·(-1) - (y - 4)·2 - 4·4 + (z - 4)·(-1) - (-6)·4 = 0 ,
(-8) x - 0 + 8 y - 7 + 20 z - 1 = 0 ,
- 8x + 8y + 20z - 76 = 0 , разделим на (-4),
2x - 2y - 5z + 19 = 0.
3) Прямая, проходящая через точку Д и перпендикулярная плоскости Ax + By + Cz + D = 0 имеет направляющий вектор (A;B;C).
(x -3)/2 = (y - 9)/(-2) = (z - 8)/(-5).
4) Найдем площадь грани с учётом геометрического смысла векторного произведения AB x AC:
Векторное произведение:
i j k
4 -6 4
4 -1 2 =
=i((-6)·2-(-1)·4) - j(4·2-4·4) + k(4·(-1)-4·(-6)) = -8i + 8j + 20k
S = (1/2)√((-8)² + 8² + 20²) = (1/2)√528 ≈ 11,489.
5) V = (1/6)*(AB x AC) * AD.
Определитель матрицы равен:
∆ = 4*((-1)*7-2*2)-4*((-6)*7-2*4)+3*((-6)*2-(-1)*4) = 132.
Тогда V = 132/6 = 22 куб.ед.
