^Sawyer, Jorge F.; Reiter, Clifford A. Perfect parallelepipeds exist. Mathematics of Computation. 2011, 80: 1037–1040. arXiv:0907.0220. doi:10.1090/s0025-5718-2010-02400-7..
一月 01, 1970
平行六面体, 在几何学中, 是由六个平行四边形所组成的三维立体, 是一種平行多面體, 它与平行四边形的关系, 正如正方体与正方形之间的关系, 在欧几里得几何中这四个概念都允许, 但在仿射几何中只允许平行四边形和, 的三个等价的定义为, 六个面都是平行四边形的多面体, 有三对对面平行的六面体, 底面为平行四边形的棱柱, 平行六面體類別柱體對偶多面體平行四面軸正軸體數學表示法威佐夫符號, 英语, wythoff, symbol, 2性質面6邊12頂點8歐拉特徵數f, 組成與佈局面的種類平行四邊形, 6對稱性對稱群ci,. 在几何学中 平行六面体是由六个平行四边形所组成的三维立体 是一種平行多面體 它与平行四边形的关系 正如正方体与正方形之间的关系 在欧几里得几何中这四个概念都允许 但在仿射几何中只允许平行四边形和平行六面体 平行六面体的三个等价的定义为 六个面都是平行四边形的多面体 有三对对面平行的六面体 底面为平行四边形的棱柱 平行六面體平行六面体類別柱體對偶多面體平行四面軸正軸體數學表示法威佐夫符號 英语 Wythoff symbol 2 4 2性質面6邊12頂點8歐拉特徵數F 6 E 12 V 8 x 2 組成與佈局面的種類平行四邊形 6對稱性對稱群Ci 2 2 order 2特性凸 環帶多面體查论编 长方体 六个面都是长方形 正方体 六个面都是正方形 以及菱面体 六个面都是菱形 都是平行六面体的特殊情况 平行六面体是拟柱体的一个子类 目录 1 性质 2 体积 2 1 基本公式 2 2 以向量計算 2 3 以稜長及夾角計算 2 4 以座標計算 3 特殊情况 4 完美平行六面體 5 超平行体 6 参考文献 7 外部链接性质 编辑平行六面体可由正方体经线性变换而成 用相同的平行六面体 可以镶嵌整个空间 体积 编辑基本公式 编辑 平行六面体的体积是底面 A displaystyle A nbsp 与高 h displaystyle h nbsp 的乘积 即 V A h displaystyle V Ah nbsp 这里的高是底面与对面的垂直距离 以向量計算 编辑 nbsp 用向量来定义平行六面体 另外一个方法是用向量 a a 1 a 2 a 3 displaystyle mathbf a a 1 a 2 a 3 nbsp b b 1 b 2 b 3 displaystyle mathbf b b 1 b 2 b 3 nbsp 以及 c c 1 c 2 c 3 displaystyle mathbf c c 1 c 2 c 3 nbsp 来表示相交于一点的三条棱 平行六面体的体积 V displaystyle V nbsp 等于純量三重积 V a b c b c a c a b displaystyle V mathbf a cdot mathbf b times mathbf c mathbf b cdot mathbf c times mathbf a mathbf c cdot mathbf a times mathbf b nbsp 證明 以 b displaystyle mathbf b nbsp 和 c displaystyle mathbf c nbsp 来表示底面的边 则根据向量积的定义 底面的面积 A displaystyle A nbsp 为 A b c sin 8 b c displaystyle A mathbf b mathbf c sin theta mathbf b times mathbf c nbsp 其中 8 displaystyle theta nbsp 是 b displaystyle mathbf b nbsp 与 c displaystyle mathbf c nbsp 之间的角 而高为 h a cos a displaystyle h mathbf a cos alpha nbsp 其中 a displaystyle alpha nbsp 是 a displaystyle mathbf a nbsp 与 h displaystyle h nbsp 之间的角 从图中我们可以看到 a displaystyle alpha nbsp 的大小限定为 0 a lt 90 displaystyle 0 circ leq alpha lt 90 circ nbsp 而向量 b c displaystyle mathbf b times mathbf c nbsp 与 a displaystyle mathbf a nbsp 之间的角 b displaystyle beta nbsp 则有可能大于90 0 b lt 180 displaystyle 0 circ leq beta lt 180 circ nbsp 也就是说 由于 b c displaystyle mathbf b times mathbf c nbsp 与 h displaystyle h nbsp 平行 b displaystyle beta nbsp 的值要么等于 a displaystyle alpha nbsp 要么等于 180 a displaystyle 180 circ alpha nbsp 因此 cos a cos b cos b displaystyle cos alpha pm cos beta cos beta nbsp 且 h a cos b displaystyle h mathbf a cos beta nbsp 我们得出结论 V A h a b c cos b displaystyle V Ah mathbf a mathbf b times mathbf c cos beta nbsp 于是 根据純量积的定义 它等于 a b c displaystyle mathbf a cdot mathbf b times mathbf c nbsp 的绝对值 即 V a b c displaystyle V mathbf a cdot mathbf b times mathbf c nbsp 证毕 最后一个表达式也可以写成以下行列式的绝对值 V det a 1 a 2 a 3 b 1 b 2 b 3 c 1 c 2 c 3 displaystyle V left det begin bmatrix a 1 amp a 2 amp a 3 b 1 amp b 2 amp b 3 c 1 amp c 2 amp c 3 end bmatrix right nbsp 以稜長及夾角計算 编辑 若 a displaystyle a nbsp b displaystyle b nbsp 及 c displaystyle c nbsp 是三條兩兩相鄰的稜長 且a displaystyle alpha nbsp b displaystyle beta nbsp 及 g displaystyle gamma nbsp 是三條稜邊的夾角 則平行六面体的体积為 V a b c 1 2 cos a cos b cos g cos 2 a cos 2 b cos 2 g displaystyle V abc sqrt 1 2 cos alpha cos beta cos gamma cos 2 alpha cos 2 beta cos 2 gamma nbsp 證明從上面可知 平行六面体的体积可表示為 V det D displaystyle V det mathbf D nbsp 其中 D a 1 a 2 a 3 b 1 b 2 b 3 c 1 c 2 c 3 displaystyle mathbf D begin bmatrix a 1 amp a 2 amp a 3 b 1 amp b 2 amp b 3 c 1 amp c 2 amp c 3 end bmatrix nbsp 因此 V 2 det D D t det a a a b a c b a b b b c c a c b c c displaystyle V 2 det mathbf D mathbf D t det begin bmatrix a cdot a amp a cdot b amp a cdot c b cdot a amp b cdot b amp b cdot c c cdot a amp c cdot b amp c cdot c end bmatrix nbsp 依行列式及純量積定義展開公式右手邊 即可得上述公式 以座標計算 编辑 選取任意一頂點 x 1 y 1 z 1 displaystyle x 1 y 1 z 1 nbsp 以其相鄰三個頂點 x 2 y 2 z 2 displaystyle x 2 y 2 z 2 nbsp x 3 y 3 z 3 displaystyle x 3 y 3 z 3 nbsp 及 x 4 y 4 z 4 displaystyle x 4 y 4 z 4 nbsp 則體積可表示為 V det x 1 y 1 z 1 1 x 2 y 2 z 2 1 x 3 y 3 z 3 1 x 4 y 4 z 4 1 displaystyle V left det begin bmatrix x 1 amp y 1 amp z 1 amp 1 x 2 amp y 2 amp z 2 amp 1 x 3 amp y 3 amp z 3 amp 1 x 4 amp y 4 amp z 4 amp 1 end bmatrix right nbsp 特殊情况 编辑如果平行六面体具有对称平面 则一定是以下两种情况之一 四个面是长方形 两个面是菱形 而在另外四个面中 两个相邻面相等 另外两个面也相等 长方体是六个面都是长方形的平行六面体 正方体是六个面都是正方形的平行六面体 菱面体是六个面都是菱形的平行六面体 三方偏方面体是所有菱形面都全等的菱面体 完美平行六面體 编辑完美平行六面體指棱長 面對角線和體對角線都是整數的平行六面體 在2009年 發現了數十個完美平行六面體的例子 1 包括棱長271 106及103 劣面對角線長101 266及255 優面角線長183 312及323 以及體對角線長374 300 278及272的平行六面體 超平行体 编辑平行六面体在高维空间的推广称为超平行体 特别地 n维空间中的超平行体称为n维超平行体 因此 平行四边形就是2维超平行体 平行六面体就是3维超平行体 n维超平行体的所有对角线相交于一点 并被这个点所平分 位于R m displaystyle mathbb R m nbsp 空间中的n维超平行体的n维体积 m n displaystyle m geq n nbsp 可以用格拉姆行列式的方法来计算 参考文献 编辑Coxeter H S M Regular Polytopes 3rd ed New York Dover p 122 1973 外部链接 编辑埃里克 韦斯坦因 平行六面体 MathWorld 埃里克 韦斯坦因 超平行体 MathWorld Sawyer Jorge F Reiter Clifford A Perfect parallelepipeds exist Mathematics of Computation 2011 80 1037 1040 arXiv 0907 0220 nbsp doi 10 1090 s0025 5718 2010 02400 7 取自 https zh wikipedia org w index php title 平行六面体 amp oldid 75151650 超平行体, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,