平行六面體體積計算機
使用三個向量的純量三重積,計算 3D 平行六面體的體積。
平行六面體的向量體積
輸入三條邊向量的 x、y 和 z 分量。
關於平行六面體體積
平行六面體是由六個平行四邊形面圍成的立體。它可以視為被拉伸或傾斜的盒子,各邊不一定以直角相交。從同一點出發的三個向量描述三條相鄰邊的方向與長度。即使立體在三維空間中傾斜,這些向量仍包含計算其體積所需的全部資訊。
所用運算是純量三重積,也稱混合積。先求向量 b 與 c 的外積,所得向量垂直於這兩條邊所在平面,其大小等於它們張成的平行四邊形面積。再求向量 a 與這個垂直向量的內積,相當於將剩餘邊投影到垂直方向,用底面積乘以垂直高度。最後取絕對值,因為改變向量定向可能使行列式為負,而實際體積不能為負。
用座標表示時,將三個向量放入三列三行矩陣,並計算行列式。本計算機直接進行該展開。若 a = (ax, ay, az)、b = (bx, by, bz)、c = (cx, cy, cz),帶正負號的三重積由相應對角乘積及相反符號項組合而成。取其絕對值得到立方單位的體積。沿座標軸的正交向量會得到熟悉的長乘寬乘高結果。
零結果具有重要的幾何意義:它表示三個向量共平面,或至少一個向量可由其他向量線性表示。它們無法圍成真正的三維區域,平行六面體會退化為平面、直線或點。非常小的非零行列式可能表示向量接近共平面,這在數值分析與幾何應用中很重要。
這種計算見於向量微積分、解析幾何、物理學、晶體學及電腦圖學。工程師使用行列式在座標系之間轉換體積,物理學家則在力矩與定向計算中使用三重積。如果向量代表實際長度,各分量應使用一致單位。若每個分量以公尺計,答案就是立方公尺。負分量表示方向,因此可以使用;只有缺漏或非數值分量屬於無效輸入。
對於一般浮點精度範圍內的整數輸入,顯示結果是精確的;小數計算結果則會四捨五入。向量來自測量時,請保留足夠的原始精度。本計算機只求幾何體積;表面積、邊間夾角或質量需要另外計算。
平行六面體體積範例
| 向量 | 體積 | 說明 |
|---|---|---|
| a = (4, 0, 0), b = (0, 5, 0), c = (0, 0, 3) | 60 立方單位 | 長方體 |
| a = (1, 2, 3), b = (0, 1, 4), c = (5, 6, 0) | 1 立方單位 | 傾斜的平行六面體 |
| a = (1, 2, 3), b = (2, 4, 6), c = (7, 8, 9) | 0 立方單位 | 共平面且線性相依的向量 |
| a = (-2, 1, 0), b = (3, -1, 2), c = (1, 0, -3) | 5 立方單位 | 負分量是有效輸入 |
如何使用向量計算體積
- 找出從同一頂點出發的三條邊向量。
- 輸入所有 x、y 和 z 分量,包括零與負值。
- 選擇「計算體積」以求行列式。
- 查看純量三重積的絕對值,單位為立方單位。
平行六面體體積常見問題
為什麼要取絕對值?
行列式的正負號記錄向量定向。體積衡量空間大小,因此計算機會移除這個方向符號。
體積為零代表什麼?
向量共平面或線性相依,無法張成三維立體。
向量分量可以是負數嗎?
可以。負分量只是表示沿座標軸的方向,最後取絕對值後,體積仍為非負值。
向量順序重要嗎?
改變向量順序可能反轉行列式的正負號,但取絕對值後的體積不變。
答案使用什麼單位?
答案採用分量單位的立方形式。分量以公尺計時,結果為立方公尺。