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输入计算

数学公式

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结果

平行六面体体积
1
立方单位
标量三重积 a · (b × c) 1
体积 = |a · (b × c)| 1

什么是平行六面体?

平行六面体是一种由六个平行四边形面围成的三维立体。它可以由从同一顶点出发的三条棱向量 abc 完全确定。我们熟悉的正方体和长方体(长方体即"矩形盒子")都是平行六面体的特例——此时三条棱两两互相垂直。

由共同顶点出发的三个棱向量定义的三维平行六面体
平行六面体由共享同一顶点的三个棱向量 a、b、c 构成。

如何使用本计算器

分别填入三条棱向量的 x、y、z 三个分量。计算器会先求出 bc 的叉积,再与 a 作点积,最后取绝对值。所得结果就是以立方单位表示的体积。

公式详解

体积等于标量三重积的大小:\( V = |a \cdot (b \times c)| \)。叉积 \( b \times c \) 得到一个垂直于底面平行四边形的向量,其模长恰好等于该底面的面积。再与 a 作点积,相当于把 a 投影到高的方向上,于是这个乘积就等于"底面积 × 高",也正是体积。取绝对值则保证无论向量方向如何,结果始终为正。换个角度看,这个三重积等于以三条向量为行所构成的 3×3 矩阵的行列式。

$$ V = \left| \, \text{a}_x(\text{b}_y\,\text{c}_z - \text{b}_z\,\text{c}_y) - \text{a}_y(\text{b}_x\,\text{c}_z - \text{b}_z\,\text{c}_x) + \text{a}_z(\text{b}_x\,\text{c}_y - \text{b}_y\,\text{c}_x) \, \right| $$
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标量三重积作为体积的几何意义
叉积 b × c 给出底面积,与 a 的点积投影出高——两者共同构成体积。

计算实例

设 \( a = (2, 0, 0) \),\( b = (0, 3, 0) \),\( c = (0, 0, 4) \)。第一步求叉积: $$ b \times c = (3\cdot4 - 0\cdot0,\ 0\cdot0 - 0\cdot4,\ 0\cdot0 - 3\cdot0) = (12, 0, 0) $$ 第二步求点积: $$ a \cdot (12, 0, 0) = 2\cdot12 = 24 $$ 于是体积为 \( |24| = 24 \) 立方单位——这与长方体 \( 2 \times 3 \times 4 = 24 \) 的结果完全一致。

常见问题

如果体积等于零怎么办?体积为零说明三条向量共面(线性相关),它们无法围成一个立体。

向量的顺序会影响结果吗?调换向量的顺序可能会改变三重积的正负号,但由于我们最终取绝对值,体积保持不变。

能用它来算正方体吗?当然可以——只需输入长度相等且两两垂直的棱向量即可,例如 \( (s,0,0) \)、\( (0,s,0) \)、\( (0,0,s) \),得到的体积就是 \( s^3 \)。

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