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立体几何

2023-02-18

常用的立体几何结论。

基本公式 ​

体积表面积
柱体V=00ShS=002πr(r+00l)
锥体V=0013ShS=00πr(r+00l)
台体V=0013(S1+S2+S1S2)hS=00π[r2+00R2+00l(r+00R)]

法向量 ​

交点倒数法 ​

平面过 (a,000,000),00(0,00b,000),00(0,000,00c),则法向量为 (1a,1b,1c)。

平面平行于 x 轴,且过 (0,00b,000),00(0,000,00c),则法向量为 (0,1b,1c)。

TIP

坐标系可应用平移变换。

捺撇法 ​

PA→=00(x1,00y1,00z1),00PB→=00(x2,00y2,00z2),平面 PAB 法向量表示为:

(y1z2−z1y2,z1x2−x1z2,x1y2−y1x2)
TIP
  1. 向量并排写两遍
  2. 掐头去尾取中间
  3. 交叉相乘再相减

三垂线定理 ​

设 m∈α,n 在 α 上的投影为 n′

m⊥n′⇒m⊥n
TIP

垂影必垂斜,垂斜必垂影。

三余弦定理 ​

OH 是 OA 在平面 BOC 上的投影。

cos⁡∠AOC=cos⁡∠AOB⋅cos⁡∠BOC

三正弦定理 ​

α 是二面角。

sin⁡β=sin⁡γsin⁡α

四面体体积公式 ​

V=23⋅SΔABD⋅SΔABC⋅sin⁡θAB
证
V=SΔABC⋅DO3=SΔABC⋅DEsin⁡θ3=SΔABC⋅DE⋅ABsin⁡θ3AB=2SΔABCSΔABDsin⁡θ3AB

空间正弦定理 ​

aSAsin⁡A=bSBsin⁡B=cSCsin⁡C

SA=00SΔDBC,00A 为二面角 C−00DA−00B,以此类推。

证明

由 四面体体积公式 得

V=2SASBsin⁡C3c=2SBSCsin⁡A3a=2SASCsin⁡B3b

上下分别同乘 SC,00SA,00SB

2SASBSCsin⁡C3cSC=2SASBSCsin⁡A3aSA=2SASBSCsin⁡B3bSB

约去 2SASBSC3

sin⁡CcSC=sin⁡AaSA=sin⁡BbSB

取倒数

aSAsin⁡A=bSBsin⁡B=cSCsin⁡C

祖暅原理 ​

QUOTE

幂势既同,则积不容异。

两几何体在任意高处的截面都相等,则其体积也相等。

∀h,S1(h)=S2(h)⇒V1=V2

可以用微积分直观理解。

V=∫S(h)dh