NO.8-1 四面体の体積 ~難易度☆★★★★
問題
269 :以下、名無しにかわりましてVIPがお送りします:2009/04/07(火) 03:48:13.60 ID:UY2Hdls70
>>265は自分でも厳密に証明できる自信ないからこれで
4つの面が全て3辺の長さがa,b,cの三角形であるような
四面体が存在するときその体積をa,b,cであらわせ。
解答
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... |
√(-a^2+b^2+c^2)(a^2-b^2+c^2)(a^2+b^2-c^2)/6√2
解説
imageプラグインエラー : ご指定のファイルが見つかりません。ファイル名を確認して、再度指定してください。 (無題.jpg)
上図のような平行6面体を考える。
ここで、それぞれの対面の対角線が等しいことに注目すると
面は、長方形であることがわかる。
よって、全ての面が長方形より直方体を考える。
以下、直方体として扱う。
すると、辺の長さをx,y,zとして
x^2+y^2=a^2,y^2+z^2=b^2,z^2+x^2=c^2となるようにおくと
x^2+y^2+z^2=(a^2+b^2+c^2)/2に注意して
x^2=(a^2-b^2+c^2)/2
y^2=(a^2+b^2-c^2)/2
z^2=(-a^2+b^2+c^2)/2である。
また、直方体の体積は、xyzであり
四面体の体積Vは、xyz-xyz×1/6×4=xyz/3
これより
V=xyz/3=√((-a^2+b^2+c^2)(a^2-b^2+c^2)(a^2+b^2-c^2)/8)/3
=√(-a^2+b^2+c^2)(a^2-b^2+c^2)(a^2+b^2-c^2)/6√2
V=√(2bc*cosA)*(2ca*cosB)*(2ab*cosC)/6√2
=abc√(cosA*cosB*cosC)/3
とすっきりした形になります。
また、a=b=cの場合については、
V=a^3/6√2となります。(正四面体の体積)
さらに存在条件については、Vが正の実数であることと同値で
cosA*cosB*cosC>0ですから鋭角三角形の時です。
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最終更新:2009年06月12日 22:00